1 前 言在復合材料中所使用的填料大部分是天然的或人工合成的無機填料,都屬于極性的,水不溶性物質。當它們分散于極性極小的有機高分子樹脂時,往往因二者的極性差異而造成相容性不良,直接或過多的填充易導致材料的力學性能下降。因此采用物理或化學的方法對無機填料表面進行改性,使填料表面非極性化,從而提高其與樹脂的相容性,進而提高復合材料制品的力學性能,具有一定的實際意義。
2 實驗方案
2.1 實驗用原料
1)不飽和聚酯樹脂191# 江蘇富麗化工廠
2)引發劑:過氧化甲乙酮 撫順化工廠
3)促進劑:環烷酸鈷 撫順化工廠
4)鈦酸酯偶聯劑ＮＤＺ-401 南京曙光化工廠
5)重質碳酸鈣 哈市龍江建材廠
2.2 實驗儀器與設備
1)萬能電子實驗機ＴＤＷ-5Ａ型 長春智能儀器研究所
2)烘箱101-1型 上海實驗儀器總廠
3)金屬模具
2.3 試件的制備
1) 填料的表面改性本實驗采用表面化學改性方法中的干法處理,過程如下:按1:1的比例(重量比)將鈦酸酯偶聯劑配成乙醇溶液,滴入烘干后的重質碳酸鈣中并攪拌,時間控制在40～60分鐘,使處理劑充分包覆在填料表面,然后將其放入烘箱中,溫度控制在40℃左右,恒溫3小時。
2) ＵＰ樹脂澆鑄體及ＧＦＲＰ試件的制備根據相應國家標準,按處理后的填料與樹脂重量百分比分別為0%、10%、20%和30%制備樹脂澆鑄體及ＧＦＲＰ拉伸、彎曲試件。
3 結果與討論填料含量、處理劑用量對填料填充復合材料體系的力學性能均有顯著影響。實驗測試結果見表1和表2。為了更加直觀地觀察實驗結果,還制作了六張曲線圖,以期對處理劑用量對試件力學性能的影響作出預測。本實驗選用的鈦酸酯偶聯劑ＮＤＺ-401為配位型偶聯劑,不易于聚酯發生酯交換反應,適用于不飽和聚酯樹脂體系。由表1、表2及圖1～6可見:填料的加入使ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的拉伸、彎曲強度顯著下降,拉伸、彎曲模量提高,且有隨填料用量的增加而發展的趨勢。填充體系模量的上升歸結于填料的模量比聚合物的模量大許多倍。大量的研究表明:即使填料
與基體之間沒有較強的相互作用,含有剛性微粒填料的聚合物模量也有所提高。復合體系力學性能的下降則是由于填料與樹脂間極性的差異造成的。在填充體系中填料為分散相,實際上是被分割在基體樹脂構成的連續相中。即使填料顆粒與基體樹脂結合良好沒有氣泡和孔洞,但在受力截面上基體樹脂的面積必然小于純樹脂纖維體系。由于填料與基體樹脂間的作用力較弱,在承受外力作用時,基體樹脂從顆粒表面被拉開,致使填充體系的強度較未填充體系有所下降。鈦酸酯偶聯劑ＮＤＺ-401含有兩種類型的官能團,其中一端為易水解的短鏈烷氧基,當碳酸鈣表面單分子層結合水作用而結合在碳酸鈣填料表面,使填料表面非極性化,而偶聯劑另一端的長鏈烷氧基則與ＵＰ樹脂發生化學反應。鈦酸酯偶聯劑事實上起到了一種“橋聯”的作用,改善了填料與樹脂間的界面粘結。化學鍵理論認為通過化學鍵的形成而實現的界面粘結,理論上可以獲得很高的粘結強度。對試件的測試結果表明經鈦酸酯偶聯劑改性后的填料填充ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的強度、模量均有不同程度的提高。
4 結 論碳酸鈣的加入使ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的拉伸和彎曲強度顯著下降,且隨填料用量的增加而愈趨顯著。而經鈦酸酯偶聯劑ＮＤＺ-401改性后的填料填充ＵＰ樹脂澆鑄體、ＧＦＲＰ的拉伸彎曲強度則較未改性的填充體系有顯著提高。表明ＮＤＺ-401對碳酸鈣有較好的表面改性效果。
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