空心微珠的制備及其高強(qiáng)輕質(zhì)樹脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、航空航天、深海浮力材料、風(fēng)力發(fā)電等高端復(fù)合材料領(lǐng)域中最核心的問題之一是如何在保持材料輕質(zhì)的基礎(chǔ)上增加其強(qiáng)度。添加具有密度低、強(qiáng)度高、在樹脂中分散性好的空心玻璃微珠(HGB)可為一有效的解決方法。本文在自行設(shè)計(jì)的垂直高溫成型爐中成功制備出密度小于1g/cm3、耐靜壓強(qiáng)度可控的HGB，且在此基礎(chǔ)上以高強(qiáng)HGB為分散載體，利用具有β晶成核和表面改性雙重效應(yīng)的可溶性稀土化合物對(duì)其進(jìn)行沉積改性，顯著改善了聚丙烯/空心玻璃微珠(PP/HGB)復(fù)合材

2、料的界面相容性與力學(xué)性能。此外，針對(duì)碳納米管(CNTs)在樹脂中難分散的問題，基于載體法先將CNTs接到HGB的表面使之成為“CNTs微球”，再與環(huán)氧樹脂(EP)復(fù)合，可有效改善CNTs在EP中的分散，提高了復(fù)合材料的性能。
　　 采用溶膠-凝膠/爐法制備了質(zhì)地均勻、密度大小可控為0.18～0.78g/cm3、最大耐靜壓強(qiáng)度達(dá)85.7MPa的微米級(jí)HGB。通過控制發(fā)泡劑含量、煅燒溫度和煅燒時(shí)間調(diào)節(jié)HGB的空心結(jié)構(gòu)和形貌，控制干凝

3、膠粉末粒徑調(diào)節(jié)HGB的粒徑、密度、壁厚和耐靜壓強(qiáng)度；此外，在稀鹽酸或鉀、鈉無機(jī)鹽等催化劑的條件下，在正硅酸乙酯/正辛胺體系中，高效率制備出了粒徑可控且具有高比表面積的微孔/介孔二氧化硅空心微米或納米微球，通過調(diào)節(jié)分散劑吐溫20的含量和超聲波功率來控制微球的粒徑，將所獲得的微球在垂直高溫成型爐中去除有機(jī)物、密實(shí)球殼獲得HGB。
　　 HGB可明顯提高PP的復(fù)合粘度η*、儲(chǔ)能模量G’和損耗模量G”；采用稀土硝酸鈰和硝酸釔表面改性HG

4、B后明顯改善復(fù)合材料的界面相容性，得到最佳質(zhì)量濃度分別為1.2wt％和0.5wt％；兩種稀土改性劑都可促進(jìn)復(fù)合材料中β晶的形成，細(xì)化和均勻化晶粒，提高拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度，增加結(jié)晶溫度、結(jié)晶焓和結(jié)晶度。
　　 以N，N-二甲基甲酰胺為介質(zhì)，在一定的條件下基于載體法將兩種不同長(zhǎng)度的CNTs分別接到HGB的表面，再將其與EP復(fù)合，明顯提高EP/HGB復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。通過控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、HGB和CNTs的質(zhì)量比