一种含多面低聚倍半硅氧烷的环氧树脂研究

22力学性能测试

2.2.1拉伸强度

从图2可以看出随着仲氨基笼型倍半硅氧烷含量的增加环氧树脂的拉伸强度逐渐增大当仲氨基笼型倍半硅氧烷的含量低于25%时拉伸强度的增大趋势非常明显随着仲氨基笼型倍半硅氧烷量的进一步增加拉伸强度的增长趋势变弱这是因为仲氨基笼型倍半硅氧烷对环氧树脂的改性是以化学键的形式进入环氧树脂基体中以交联剂的身份将环氧树脂由线性结构转变为体型结构成为环氧树脂空间网络的连接点起到一个锚的作用<11-13>这样就使环氧树脂分子链间的距离减小作用力增加最终导致其强度和模量的增大但是随着仲氨基笼型倍半硅氧烷量的增加必然有一部分未参加反应连接进入网状结构中而是以杂质的形式掺杂在环氧树脂基体中这必然导致环氧树脂分子链之间的距离增加力的作用减弱与传统的共混改性产生相同的效果使环氧树脂的韧性增加的同时模量降低表观上最终导致强度的下降

2.2.2冲击强度

从图2可以看出随着仲氨基笼型倍半硅氧烷量的增加复合环氧树脂的冲击强度一直处于上升的趋势纯EP的冲击强度只有1649kJ/m2当加入5%的仲氨基笼型倍半硅氧烷后其冲击强度为2563kJ/m2当加入量达到35%的时候其冲击强度为1142kJ/m2是纯EP的近7倍笼型倍半硅氧烷对环氧树脂的增韧效果十分明显这是因为仲氨基笼型倍半硅氧烷作为固化剂的一部分进入环氧树脂网络结构中成为刚性连接点在受到冲击时一方面刚性点引发银纹吸收冲击能而后又终止银纹另一方面笼型结构的内部空间可以对外力起到吸收和缓冲的作用使环氧树脂基体实际受到的外界冲击力大大减小两方面因素的综合结果最终导致环氧树脂的冲击性能大大提高进而使环氧树脂的韧性得到改善

图2 改性后环氧树脂的拉伸强度和冲击强度比较

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2.2.3断裂伸长率

从图3可以看出初始随着仲氨基笼型倍半硅氧烷量的增加断裂伸长率呈现快速上升的趋势但是当仲氨基笼型倍半硅氧烷的含量增加到25%时这种增长趋势开始变缓对于环氧树脂这种脆性材料而言断裂伸长率就是断裂时应力所对应的应变随着复合环氧树脂强度的增加必然导致其断裂伸长率有所增长但是当添加剂的量超过一定值后与上述的机理相同混在环氧树脂交联体中的未反应的改性剂必然导致环氧树脂分子链间距离增大作用力减弱使其强度下降随之导致样条的断裂表现出断裂伸长率下降

图3图4图5

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23热性能测试

2.3.1维卡软化温度

从图4可以看出随着仲氨基笼型倍半硅氧烷量的增加复合环氧树脂体系的耐热性有所改善纯EP的维卡软化温度只有561℃当仲氨基笼型倍半硅氧烷的填充量为5%时其维卡软化温度为694℃最终仲氨基笼型倍半硅氧烷的填充量达到35%时其维卡软化温度为96℃增加了近两倍维卡软化温度作为高聚物的使用上限温度有重要的意义它的提高直接说明高聚物的耐热性有所增加

232玻璃化转变温度

玻璃化转变温度代表分子链运动的难易程度从图3中可以看出随着仲氨基笼型倍半硅氧烷量的增加复合环氧树脂的玻璃化转变温度逐渐升高但是当改性剂的量超过25%时这种增长趋势开始变弱原因同强度变化原因

233热重分析

热重分析是一项表征聚合物材料热稳定性的有效方法从图5中可以得到热分解温度Tdec初始分解温度Ti和热残余量ΔW见表2所示从表2中可看出三者随着环氧树脂中改性剂量的增加而逐渐升高但是当填充剂的量超过25%这种增长趋势变得缓慢这是因为将笼型倍半硅氧烷引入到环氧树脂基体中当热分解发生时POSS首先在材料表面形成一层二氧化硅惰性层阻止内部的材料进一步分解因此环氧树脂的热分解温度必然增加同时由于Si-O键的键能很大4514kJ/mol远大于C-C的键能3553kJ/mol因此在环氧树脂分子中通过化学方法引入一定量有机硅分子必然使环氧树脂的热稳定性得到较大提高而当POSS的含量足够大时分解开始时所形成的二氧化硅保护层足以覆盖材料表面继续增加POSS的量对分解温度的影响必然会降低

表2 不同填充量的改性剂改性后环氧树脂热分解参数

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3结论

合成了一种新型含笼型倍半硅氧烷的无机/有机杂化物并对环氧树脂进行改性研究结果表明当添加适量的杂化物到环氧树脂中可使环氧树脂的拉伸强度断裂伸长率抗冲击强度玻璃化转变温度热稳定性及阻燃性能均有很大改善并得出最佳添加量为25%