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環(huán)氧樹脂作為綜合性能優(yōu)異的熱固性樹脂得到廣泛應(yīng)用，但是它固化產(chǎn)物性脆、耐沖擊性差、易開裂、不耐疲勞，對其進行各種改性以提高其性能成為環(huán)氧樹脂研究的熱點。橡膠或熱塑形彈性體可大幅度提高環(huán)氧樹脂的沖擊強度，但卻以拉伸強度下降為代價；增強纖維可大幅度提高環(huán)氧樹脂的拉伸強度，但沖擊強度和斷裂伸長率下降；液晶高分子原位復(fù)合增強技術(shù)可使環(huán)氧樹脂的拉伸強度和沖擊強度改善，但斷裂伸長率下降。相比之下納米無機粒子由于納米尺寸效應(yīng)，巨大的比表面積和強的界面作用，與環(huán)氧樹脂復(fù)合后可使無機物的剛性，尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與環(huán)氧樹脂的韌性，加工性揉合在一起，表現(xiàn)出增韌與增強的同步效應(yīng)，充分顯示了納米級填料改性的優(yōu)越性。
納米粒子的結(jié)構(gòu)、粒徑、比表面積、表面粗糙度，及粒子表面所含的官能團等將影響納米粒子的補強性。納米炭黑的AFM照片中可以看出，炭黑粒徑約30～50nm，表面比較粗糙，比表面積比較大，表面所含的官能團較多，它能與基體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是賦予復(fù)合材料強度的最基本結(jié)構(gòu)因素。據(jù)專家介紹，所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越多，對基體材料的化學(xué)結(jié)合及物理吸附作用就越強。
納米粒子由于特殊的小尺寸效用，可能有利于增加其與環(huán)氧樹脂之間的混溶性，根據(jù)擴散理論，粘合強度主要決定于2種物質(zhì)之間的混溶性�；烊苄栽酱笳澈蠌姸仍礁�。納米粒子的表面效應(yīng)使納米粒子的比表面積、表面能及表面結(jié)合能迅速增大，因為表面原子的增多，原子配位不滿及較高的表面能，因而產(chǎn)生許多缺陷而呈現(xiàn)很高活性，易于與環(huán)氧樹脂產(chǎn)生鍵合，和產(chǎn)生一系列其他可導(dǎo)致強度增大的化學(xué)及物理作用。專家表示，另外由于納米粒子極易團聚，因而復(fù)合前須對其進行表面處理，過程中引入的有機化基團可增加納米粒子與環(huán)氧樹脂的親和性，所有這些作用都有利于納米粒子與環(huán)氧樹脂的復(fù)合。
無機納米粒子填充改性環(huán)氧樹脂的制備主要是通過共混法，它通過不同的物理或化學(xué)方法將納米粒子與環(huán)氧樹脂充分混勻形成復(fù)合材料。共混法可分為物理和化學(xué)2種方法：物理法是通過如球磨、研磨、膠體磨和超聲波法等分散納米粒子，其中超聲波法效果較好；納米粒子由于納米效應(yīng)在混合的過程中易發(fā)生團聚，而環(huán)氧樹脂的黏度又很大，為使納米粒子能夠達到良好的分散，大多通過使用偶聯(lián)劑對其進行表面改性，也就是通過物理吸附或化學(xué)吸附改善納米粒子的表面可潤濕性，增強納米粒子在環(huán)氧樹脂中的界面相容性，使納米粒子在環(huán)氧樹脂中均勻分散，獲得良好的納米效應(yīng)，即所謂的化學(xué)法。納米無機粒子的存在賦予環(huán)氧樹脂很高的力學(xué)性能，其強度、剛度、韌性、耐熱性都有很大提高，具體表現(xiàn)在材料的沖擊強度、拉伸強度、彈性模量的增大及玻璃化溫度的提高。
納米粒子的改性機理具有明顯特征，專家認為主要包括：無機納米粒子具有能量傳遞效應(yīng)，使基體樹脂裂紋擴展受阻和鈍化，最終終止裂紋，不致發(fā)展為破壞性開裂；隨著納米粒子粒徑的減小，粒子的比表面積增大，納米微粒與基體接觸面積增大，材料受沖擊時產(chǎn)生更多的微裂紋，吸收更多的沖擊能；無機納米粒子具有應(yīng)力集中與應(yīng)力輻射的平衡效應(yīng)，通過吸收沖擊能量，使基體無明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，達到復(fù)合材料的力學(xué)平衡狀態(tài)；若納米微粒用量過多或填料粒徑較大，復(fù)合材料的應(yīng)力集中較為明顯，微裂紋易發(fā)展成宏觀開裂，造成復(fù)合材料性能下降；基體中的無機納米粒子作為聚合物分子鏈的交聯(lián)點，對復(fù)合材料的拉伸強度及玻璃化溫度的提高有貢獻。
采用混合法制備的環(huán)氧納米復(fù)合材料有納米CB/環(huán)氧、納米SiO2/環(huán)氧、納米TiO2/環(huán)氧、納米Al2O3/環(huán)氧、納米BaTiO3/環(huán)氧等。環(huán)氧樹脂/無機納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)、耐熱、耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。此外，還有許多其他優(yōu)異性能，在電子學(xué)、光學(xué)、機械、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)@示出更廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)專家介紹，環(huán)氧樹脂基無機納米復(fù)合材料的開拓，反映了先進的納米材料技術(shù)對傳統(tǒng)通用產(chǎn)品的有效改性，它為環(huán)氧樹脂的功能化和高性能化開辟了一條新的廣闊發(fā)展道路。
