无机生物质/环氧树脂复合材料的制备与性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hfzwl
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随着近几十年社会的飞速进步,各类资源经过不断开采逐渐枯竭,环境和生态平衡也因人类活动被破坏,绿色环保逐渐成为化学研究中的热点,无机生物质材料因具有成本低廉无污染等优势得到了广大研究者的青睐。环氧树脂具有密度小、比强度高、耐腐蚀性和介电性能优异等优点,因此在生产生活中拥有极为广泛的应用,但环氧树脂韧性及耐老化性能较差的缺点限制了其使用范围,所以改性环氧树脂一直是研究热点。本文以鸡蛋壳(ES)为原料,采用球磨法制备成以碳酸钙为主要成分的微粉,用硬脂酸对其进行改性,经过优化,硬脂酸(SA)改性蛋壳粉末的最佳浓度、时间、温度分别为2.5%、50 min、85℃。采用FT-IR、DSC、XRD、SEM、粒径分析及接触角测试表征了改性前(UES)和改性后(TES)的鸡蛋壳粉末的结构与性能。FT-IR测试表明TES的表面通过化学键合被修饰。DSC结果证明鸡蛋壳的表面存在SA的修饰层。XRD证明改性后材料的结晶度和晶胞尺寸有所下降;接触角则由42°提升至169°;SEM测试可以明显观察到SA改性很大程度上减少了 ES的团聚性质,使之在材料中的分散性明显改善。以三乙烯四胺(TETA)为固化剂制备无机生物质/环氧树脂复合材料,采用DSC非等温法研究TES及UES不同添加量下的固化动力学。外推法用于为各体系的固化温度选择范围,Kissinger法用于求各体系固化反应的活化能,FWO法研究不同转化率下活化能的变化,Malek法求取动力学方程;结果表明:添加蛋壳颗粒前后,环氧树脂的固化过程未发生明显改变,各体系活化能均处于45-55 kJ/mol之间,SB(m,n)模型可较好模拟各个非等温固化反应,外推法等确定42℃固化3h,90℃后固化2 h。采用万能材料试验机、热重分析仪和动态热机械分析仪表征无机生物质/环氧树脂复合材料的力学性能和热力学性能。拉伸测试表明,填充15wt%TES的复合材料最高伸长率值为(11.31±0.18%),较未添加时增长了 22%。TGA测试表明添加TES后材料的热稳定性能有提升,TES添加量为20wt%时,材料的T5%,T10%和;T20%较纯环氧树脂材料分别提升32、26、31℃,并且材料的储能模量较未添加时提升41%,交联密度也从1.29 ×10-3提升至2.71×10-3mol/cm3,材料的损耗因子tanδ和Tg也有所降低。最后利用黄麻纤维和TES制备环氧树脂复合材料,复合材料的磨损结果证实,增强材料的添加提高了其耐磨性。
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