纳米氮化硅与环氧树脂的复合研制

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要本文用纳米氮化硅作为填料，采用纳米粒予直接填充法，通过高速剪切和超声波搅拌复合分散后，经适当的固化工艺制备了纳米Si3N4／环氧树脂复合材料。为使纳米氮化硅能很好的分散在环氧树脂基体中，本文采用硅烷偶联剂HG一560作为改性剂，以少量水作为反应剂，大量丙酮作为分散剂，对纳米氮化硅进行了表面改性。利用悬浮液沉降实验与扫描电子显微镜观察表征改性后的氮化硅纳米粉体的分散效果，结果表明，当偶联剂用量为氮化硅粉体质量的1％时，该粉体在丙酮溶液中的沉降速率最小，分散效果好。通过UV—VIS对纳米氮化硅／环氧树脂

2、分散体系经不同存放时间后的固化膜进行透光率测试并用扫描电镜(SEM)观察经改性的纳米氮化硅在环氧树脂中的分散情况．结果表明，纳米氮化硅在环氧树脂中分散均匀，且分散体系稳定。通过DSC、FTIR研究了纳米氮化硅的加入对环氧树脂固化工艺的影响，发现添加一定量的纳米氮化硅使得复合材料的起始固化温度提高，固化时间延长，并结合纳米氮化硅的添加量及固化时间对复合材料拉伸强度的影响分析，最终确定复合材料的固化工艺为：当纳米si3N4添加量≤1％时，在60。C下固化3小时，后在100。C下固化l小时20分；当纳米氮化硅的添加量在2％～5％时，

3、先在60℃F固化3小时，然后在100。C下固化l小时40分。纳米氮化硅的加入使得复合材料的拉伸强度、弯曲强度、耐磨损性能提高。研究表明：当加入的改性纳米氮化硅为3％时，拉伸及弯曲强度都达到最大值，分别比纯环氧树脂固化样品提高了139．3％、231．6％，添加量继续再增大时，则拉伸强度及弯曲强度开始下降；当改性纳米氮化硅的加入量为3％时，对复合材料的磨损实验表明其损失的质量也最少，仅为纯环氧树脂固化样品磨损损失质量的三分之一；通过TG分析表明，加入纳米氮化硅的复合材料的热稳定性得到提高。论文对复合材料拉伸强度、弯曲强度的提高以及

4、耐磨损性能的改善做出了合理的解释。关键词：纳米氮化硅；环氧树脂；复合材料；表面改性塑垩望三查兰堡主兰堡堡兰AbstractTheUarlO—Si3N4／epoxycompositeswerepreparedwithnano—siliconnitrideasfiller．Nano—Si3N4wasdisperseddirectlyinepoxyprepolymerbyhifa‘speedshearingandulUasonicoscillafton．Inordertodispersenano—siliconnitrideunif

5、ormlyinmatrix，surfaceorganicmodificationfornano．siliconnitridewascarriedoutusingcouplingagentHG一560asmodifyingagent．Asmallamountofwaterwasusedasreactantandalargeamountofacetoneasdispersemedium．Thesuspensionofnano-siliconnitrideinacetonewasstableduringacertainperiod．

6、Bythemodifyingagent，acompletecoverageofthesurfaceofnano-siliconnitrideparticlesasawholewasachievedwhentheamountofHG一560was1％(wt)oftheweifatofthenano—siliconnitridepowderinthesuspension．UV_ⅥSandSEMshowedthatthenano-siliconnitrideweredisperseduniformlyinexpoxymatrixan

7、dthenano—siliconnitridewasstableinepoxymatrix．Effectsofnano-sUiconnitrideonsolidificationprocessofthecompositeswerestudiedbyDSCandFTIR．Itwasfoundthatthebeginningsolidificationtemperatureofthecompositeshadbeenincreasedandthesolidificationtimehadbeendrawnoutwhennano—s

8、iliconnitfidewasfilledinthematrix．Thetensilepropertiesofthecompositesindifferentsolidificationtimeweretested．Accordingtotheseanalyses，thea