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摘 要：采用偶聯劑對玻璃微珠表面進行改性處理,借助超聲波振動,使改性空心玻璃微珠在環氧樹脂中均勻、穩定分散,增強了玻璃微珠與環氧樹脂之間的相容并探討了改性空心玻璃微珠對環氧樹脂力學性能的影響。結果表明,復合材料中改性空心玻璃微珠添加質量分數為3%時,其拉伸強度達到最大值68·54 MPa,與空白樣相比提高了20·3%;沖擊強度達到最大值24·42 kJ/m2,比純環氧樹脂提高了166%;KIC(斷裂韌性)達到最大值2·338 MPa/m2,是空白試樣的2·27倍,增韌效果較為明顯。
關鍵詞：改性;空心玻璃微珠;環氧樹脂;復合材料;力學性能
中圖分類號：TQ323·5; TB323 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7432(2008)06-0021-03
0 引 言
環氧樹脂因優良的力學性能、電氣性能及粘接性能、化學穩定性能、易加工成型和成本低廉等在涂料、膠粘劑、機械、航空航天、電子封裝及先進復合材料等領域得到廣泛應用[1~3]。隨著高新技術特別是以航空航天為代表的高新領域的不斷發展,對環氧樹脂的性能、用途提出了更高的要求。近年來,國內外學者在增韌增強環氧樹脂方面做了大量的研究工作[4~6],取得了許多成果。
本文將空心玻璃微珠經硅烷類偶聯劑KH55表面處理后用于環氧樹脂改性,兩者界面結合較為緊密,相容性好,所得復合材料的拉伸性能、沖擊強度和斷裂韌性KIC得到了較大的提高,增韌效果較為明顯。 
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2·3 復合材料的斷裂韌性
從圖3可以看出,改性空心玻璃微珠的加入量對改性樹脂的斷裂韌性有較大的影響。當改性空心玻璃微珠的用量為1%時,KIC為1·335 MPa/m2,比未改性環氧樹脂質量分數增加了29·61%,隨著改性空心玻璃微珠用量的繼續增加,樹脂的斷裂韌性增加很快,當改性空心玻璃微珠質量分數達到3%時,KIC為最大值2·338 MPa/m2,是空白試樣的2·27倍,可見改性空心玻璃微珠明顯增強了環氧樹脂的韌性。 
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分析KIC增加的原因,可能由于表面改性的空心玻璃微珠加入,偶聯劑的活性基團已經鍵入環氧樹脂的交聯網絡中,在一定程度上起到了網絡結點的作用,在固化物受到沖擊的時候,可以起到應力分散和承受應力的作用,增加了體系的斷裂能,使改性體系的KIC比純環氧樹脂體系有很大提高。但改性空心玻璃微珠含量超過8%,容易聚集影響其分散性,因而會影響樹脂體系的網絡交聯均勻性,當受到外力作用時,在界面應力集中區會首先斷裂,此時外加應力將會全部集中在連續的環氧樹脂相上,使其在較高的應變速率下迅速斷裂,導致斷裂韌性降低。
2·4 試樣沖擊斷面的SEM分析
分別用空心玻璃微珠和經表面改性的空心玻璃微珠為填料,在相同的固化工藝條件下得到的試樣,其沖擊斷面的SEM形貌如圖4所示。
圖4表明,固化體系均存在明顯的兩相結構。表面改性空心玻璃微珠在樹脂基體中分散比較均勻,與環氧樹脂表面相容性好,試樣受到沖擊斷裂后,改性微珠表面還包裹或纏繞著薄層的環氧樹脂,這對于提高增韌效果、改善樹脂的力學和熱學性能以及增強樹脂體系的穩定性將起到極大的促進作用。出現這一結果與改性微珠表面具有活性基團并與環氧樹脂基體間存在很強的作用力有關。未經表面改性的微珠/環氧體系受到沖擊時,很容易形成明顯的兩相界面,部分甚至與基體完全脫離,其增韌效果相比要差得多。
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3 結 論
空心玻璃微珠經過KH550偶聯劑表面處理后用于環氧樹脂體系,能較好地改善其與基體樹脂界面相容性,使得改性環氧樹脂體系的力學性能有明顯的提高。當改性空心玻璃微珠的質量分數為3%時,改性環氧樹脂拉伸強度和沖擊強度均達到最大值,且分別比純環氧樹脂提高了20·3%和166%。
參考文獻:
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