石膏是陶瓷工业生产中用于注浆成形的传统模具材料。随着压力注浆成形方法的出现,由于石膏存在压缩强度低、使用寿命短的缺点,已经无法满足陶瓷的大批量工业生产。开发新型的高强度模具材料来替代石膏具有重大的现实意义和应用价值。针对以上问题,本文以环氧树脂为基体、二氧化硅粉末为填料,制备了一种新型的模具材料,并对其性能进行了研究。选取三种典型的硅烷偶联剂(烷基型硅烷偶联剂WD-10、氨基型硅烷偶联剂WD-50和环氧基型硅烷偶联剂WD-60)对二氧化硅粉末进行表面修饰,采用毛细透过法测定改性前后二氧化硅粉末与四种探针液体(去离子水、乙二醇、二碘甲烷和正辛烷)的毛细曲线,套用Washburn方程计算粉末与各探针液体的接触角。试验结果表明,在使用硅烷偶联剂后,二氧化硅粉末与水的接触角增大了50%以上,粉末的疏水性增强。结合二氧化硅粉末与水、乙二醇和二碘甲烷的接触角,对比三种硅烷偶联剂的效果可以看出,WD-50的改性效果最佳。在得知接触角数据的基础上,应用Van Oss-Chaudhury-Good方法计算改性前后二氧化硅粉末的表面自由能。计算结果表明,硅烷偶联剂的加入使粉末的表面自由能降低了10%以上,并且改变了粉末表面自由能的组成,使二氧化硅粉末表面自由能的非极性部分升高,大大地减少了粉末的表面自由能极性部分的占比。相对而言,WD-50硅烷偶联剂降低粉末表面自由能的程度最大。采用动态差示扫描量热(DSC)法和等温DSC法研究了环氧树脂固化反应的动力学,并探讨了WD-50对固化反应的影响。试验结果表明,WD-50的加入并没有改变环氧树脂的固化机理,但是对反应的动力学参数有一定程度的影响。利用外推法获得了环氧树脂固化时的理论凝胶化温度、固化温度和后固化温度分别处于40℃、60℃和90℃附近。在动态DSC方法中,分别采用Arrhenius方程、Ozawa方程和Kissinger方程计算环氧树脂固化反应的动力学参数,包括反应活化能Ea和频率因子A。在等温DSC方法中,分别采用一般自催化模型和Kamal自催化模型计算环氧树脂固化反应的动力学参数。计算结果表明,各种方法所计算出的动力学参数相差不大,反应活化能Ea的值在60-80 kJ/mol之间,lnA处于28-34 min-1之间。在所有方法中,Ozawa模型和Kissinger模型计算出来的动力学参数数值相对较低。在筛选出硅烷偶联剂并找到固化条件的基础上,使用混合法制备了模具材料,对模具材料的性能进行了测试。压缩性能的测试结果表明,二氧化硅粉末的加入提高了材料的力学性能,随着二氧化硅粉末含量的增加,模具材料所能承受的最大应力逐渐增大。对比未添加二氧化硅粉末的样品,当样品中二氧化硅粉末的含量为20%时,压缩强度和压缩模量分别提高了3.4和1.8倍。分别采用等应变模型、Eshelby模型和Kerner模型对模具材料的细观力学进行了研究,发现Kerner模型可以很好的描述其细观力学性能,找到了计算模具材料压缩模量的公式。从模具材料的热重分析结果中看出材料具有良好的热稳定性,并且在添加二氧化硅粉末后,材料的各阶段分解温度都有了小幅度的提高。吸水率的测试结果表明,在添加二氧化硅粉末后,材料的吸水率有了很大程度的增加,随着二氧化硅粉末含量的增加,材料的吸水率先增加后降低,在二氧化硅粉末含量为15%时达到最大的21%。研究了二氧化硅粉末的粒径和颗粒级配对模具材料性能的影响,特别是对孔径分布的影响。选用了四种不同粒径的二氧化硅粉末,试验结果表明二氧化硅粉末的粒径对模具材料的玻璃化转变温度和压缩性能没有明显的影响。模具材料的吸水率随着粉末粒径的增大而出现小幅度的提升。根据Dinger-Funk模型,挑选了粒径合适的两种二氧化硅粉末进行颗粒级配,借助Matlab软件计算出了达到最紧密堆积状态时,两种二氧化硅粉末的质量分数分别为92%和8%。研究了颗粒级配对材料压缩性能、吸水率和孔径分布的影响,发现材料压缩性能基本不受颗粒级配的影响。随着二氧化硅粉末SS-1质量分数的提高,材料的吸水率呈现降低的趋势。材料具有广泛的介孔分布,孔径基本全部分布在2～12nm之间,孔径分布没有明显的规律。当SS-1质量分数为92%,颗粒体系处于最紧密堆积状态时,材料的BJH脱附平均孔径和BET多点比表面积最小,并且与材料吸水率随着SS-1质量分数的变化是一致的,验证了颗粒级配的合理性和适用性。