摘　要：采用偶联剂对玻璃微珠表面进行改性处理,借助超声波振动,使改性空心玻璃微珠在环氧树脂中均匀、稳定分散,增强了玻璃微珠与环氧树脂之间的相容并探讨了改性空心玻璃微珠对环氧树脂力学性能的影响。结果表明,复合材料中改性空心玻璃微珠添加质量分数为3%时,其拉伸强度达到最大值68·54 MPa,与空白样相比提高了20·3%;冲击强度达到最大值24·42 kJ/m2,比纯环氧树脂提高了166%;KIC(断裂韧性)达到最大值2·338 MPa/m2,是空白试样的2·27倍,增韧效果较为明显。

　　关键词：改性;空心玻璃微珠;环氧树脂;复合材料;力学性能

　　中图分类号：TQ323·5; TB323　文献标识码：A　文章编号：1002-7432(2008)06-0021-03

　　0　引　言

　　环氧树脂因优良的力学性能、电气性能及粘接性能、化学稳定性能、易加工成型和成本低廉等在涂料、胶粘剂、机械、航空航天、电子封装及先进复合材料等领域得到广泛应用[1~3]。随着高新技术特别是以航空航天为代表的高新领域的不断发展,对环氧树脂的性能、用途提出了更高的要求。近年来,国内外学者在增韧增强环氧树脂方面做了大量的研究工作[4~6],取得了许多成果。

　　本文将空心玻璃微珠经硅烷类偶联剂KH55表面处理后用于环氧树脂改性,两者界面结合较为紧密,相容性好,所得复合材料的拉伸性能、冲击强度和断裂韧性KIC得到了较大的提高,增韧效果较为明显。

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　　2·3　复合材料的断裂韧性

　　从图3可以看出,改性空心玻璃微珠的加入量对改性树脂的断裂韧性有较大的影响。当改性空心玻璃微珠的用量为1%时,KIC为1·335 MPa/m2,比未改性环氧树脂质量分数增加了29·61%,随着改性空心玻璃微珠用量的继续增加,树脂的断裂韧性增加很快,当改性空心玻璃微珠质量分数达到3%时,KIC为最大值2·338 MPa/m2,是空白试样的2·27倍,可见改性空心玻璃微珠明显增强了环氧树脂的韧性。 

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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,偶联剂的活性基团已经键入环氧树脂的交联网络中,在一定程度上起到了网络结点的作用,在固化物受到冲击的时候,可以起到应力分散和承受应力的作用,增加了体系的断裂能,使改性体系的KIC比纯环氧树脂体系有很大提高。但改性空心玻璃微珠含量超过8%,容易聚集影响其分散性,因而会影响树脂体系的网络交联均匀性,当受到外力作用时,在界面应力集中区会首先断裂,此时外加应力将会全部集中在连续的环氧树脂相上,使其在较高的应变速率下迅速断裂,导致断裂韧性降低。

　　2·4　试样冲击断面的SEM分析

　　分别用空心玻璃微珠和经表面改性的空心玻璃微珠为填料,在相同的固化工艺条件下得到的试样,其冲击断面的SEM形貌如图4所示。

　　图4表明,固化体系均存在明显的两相结构。表面改性空心玻璃微珠在树脂基体中分散比较均匀,与环氧树脂表面相容性好,试样受到冲击断裂后,改性微珠表面还包裹或缠绕着薄层的环氧树脂,这对于提高增韧效果、改善树脂的力学和热学性能以及增强树脂体系的稳定性将起到极大的促进作用。出现这一结果与改性微珠表面具有活性基团并与环氧树脂基体间存在很强的作用力有关。未经表面改性的微珠/环氧体系受到冲击时,很容易形成明显的两相界面,部分甚至与基体完全脱离,其增韧效果相比要差得多。

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　　3　结　论

　　空心玻璃微珠经过KH550偶联剂表面处理后用于环氧树脂体系,能较好地改善其与基体树脂界面相容性,使得改性环氧树脂体系的力学性能有明显的提高。当改性空心玻璃微珠的质量分数为3%时,改性环氧树脂拉伸强度和冲击强度均达到最大值,且分别比纯环氧树脂提高了20·3%和166%。

　　参考文献:

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