凹凸棒石黏土(ATP)是一种天然的一维纳米级链层状粘土,在我国江苏、安徽等省份储量丰富且价格低廉,是一种极具潜力的复合材料增强体。但是凹凸棒土本身极易团聚、与环氧树脂亲和性差、结合力小等缺点却极大地限制了它的应用,严重影响了纳米复合材料的力学性能。
本文分别采用硅烷偶联剂KH560一步法和三聚六氯化环磷腈+缩水甘油两步法对凹凸棒土进行有机接枝改性。红外光谱分析表明KH560、HCTP及缩水甘油分子能成功地接枝于凹凸棒土表面。使用扫描电子显微镜观察改性前后凹凸棒土的形貌,发现改性纳米黏土的团簇及棒晶束被打散和剥离。
本文以环氧树脂E51为基体,分别以ATP原土、KH560-ATP及HCTP+Glycidol-ATP三种黏土为增强相,制备了黏土添加量分别为1wt％、2wt%、3wt%及5wt%的凹凸棒土-环氧树脂二相复合材料。二相复合材料的拉伸和弯曲性能测试结果显示,有机化凹凸棒土-环氧树脂复合材料的力学性能均在黏土添加量为3wt%时达到最大。其中,KH560-ATP-环氧树脂复合材料及HCTP+Glycidol-ATP-环氧树脂复合材料较纯环氧树脂的拉伸强度分别提高51.87%及58.83%,拉伸模量提高75.62%及88.09%;而弯曲强度分别提高96.02%及110.91%,弯曲模量提高41.74%及41.87%。使用扫描电镜观察有机化凹凸棒土-环氧树脂复合材料的拉伸断口形貌,发现相较于纯环氧树脂,复合材料的断口更为粗糙;且有机化凹凸棒土与环氧树脂的结合力强;在树脂中分散良好。对凹凸棒土-环氧树脂二相复合材料的差示扫描量热分析结果显示,填入有机化黏土颗粒后,复合材料的玻璃化转变温度亦得到提升。

    关键词：
    凹凸棒土 环氧树脂 复合材料 有机接枝改性 力学性能
    作者：
    王玉美
    学位授予单位：
    哈尔滨工业大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    材料学
    导师姓名：
    王荣国
    学位年度：
    2013
    语种：
    中文
    分类号：
    TB332
    在线出版日期：
    2014年03月31日