1 前 言在复合材料中所使用的填料大部分是天然的或人工合成的无机填料,都属于极性的,水不溶性物质。当它们分散于极性极小的有机高分子树脂时,往往因二者的极性差异而造成相容性不良,直接或过多的填充易导致材料的力学性能下降。因此采用物理或化学的方法对无机填料表面进行改性,使填料表面非极性化,从而提高其与树脂的相容性,进而提高复合材料制品的力学性能,具有一定的实际意义。
2 实验方案
2.1 实验用原料
1)不饱和聚酯树脂191# 江苏富丽化工厂
2)引发剂:过氧化甲乙酮 抚顺化工厂
3)促进剂:环烷酸钴 抚顺化工厂
4)钛酸酯偶联剂ＮＤＺ-401 南京曙光化工厂
5)重质碳酸钙 哈市龙江建材厂
2.2 实验仪器与设备
1)万能电子实验机ＴＤＷ-5Ａ型 长春智能仪器研究所
2)烘箱101-1型 上海实验仪器总厂
3)金属模具
2.3 试件的制备
1) 填料的表面改性本实验采用表面化学改性方法中的干法处理,过程如下:按1:1的比例(重量比)将钛酸酯偶联剂配成乙醇溶液,滴入烘干后的重质碳酸钙中并搅拌,时间控制在40～60分钟,使处理剂充分包覆在填料表面,然后将其放入烘箱中,温度控制在40℃左右,恒温3小时。
2) ＵＰ树脂浇铸体及ＧＦＲＰ试件的制备根据相应国家标准,按处理后的填料与树脂重量百分比分别为0%、10%、20%和30%制备树脂浇铸体及ＧＦＲＰ拉伸、弯曲试件。
3 结果与讨论填料含量、处理剂用量对填料填充复合材料体系的力学性能均有显著影响。实验测试结果见表1和表2。为了更加直观地观察实验结果,还制作了六张曲线图,以期对处理剂用量对试件力学性能的影响作出预测。本实验选用的钛酸酯偶联剂ＮＤＺ-401为配位型偶联剂,不易于聚酯发生酯交换反应,适用于不饱和聚酯树脂体系。由表1、表2及图1～6可见:填料的加入使ＵＰ树脂浇铸体、ＧＦＲＰ的拉伸、弯曲强度显著下降,拉伸、弯曲模量提高,且有随填料用量的增加而发展的趋势。填充体系模量的上升归结于填料的模量比聚合物的模量大许多倍。大量的研究表明:即使填料
与基体之间没有较强的相互作用,含有刚性微粒填料的聚合物模量也有所提高。复合体系力学性能的下降则是由于填料与树脂间极性的差异造成的。在填充体系中填料为分散相,实际上是被分割在基体树脂构成的连续相中。即使填料颗粒与基体树脂结合良好没有气泡和孔洞,但在受力截面上基体树脂的面积必然小于纯树脂纤维体系。由于填料与基体树脂间的作用力较弱,在承受外力作用时,基体树脂从颗粒表面被拉开,致使填充体系的强度较未填充体系有所下降。钛酸酯偶联剂ＮＤＺ-401含有两种类型的官能团,其中一端为易水解的短链烷氧基,当碳酸钙表面单分子层结合水作用而结合在碳酸钙填料表面,使填料表面非极性化,而偶联剂另一端的长链烷氧基则与ＵＰ树脂发生化学反应。钛酸酯偶联剂事实上起到了一种“桥联”的作用,改善了填料与树脂间的界面粘结。化学键理论认为通过化学键的形成而实现的界面粘结,理论上可以获得很高的粘结强度。对试件的测试结果表明经钛酸酯偶联剂改性后的填料填充ＵＰ树脂浇铸体、ＧＦＲＰ的强度、模量均有不同程度的提高。
4 结 论碳酸钙的加入使ＵＰ树脂浇铸体、ＧＦＲＰ的拉伸和弯曲强度显著下降,且随填料用量的增加而愈趋显著。而经钛酸酯偶联剂ＮＤＺ-401改性后的填料填充ＵＰ树脂浇铸体、ＧＦＲＰ的拉伸弯曲强度则较未改性的填充体系有显著提高。表明ＮＤＺ-401对碳酸钙有较好的表面改性效果。