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液晶纳米粒子复合改性环氧树脂
液晶纳米粒子复合改性环氧树脂
摘要：本文研究了液晶纳米粒子复合改性环氧树脂的制备方法、结构性能及应用，采用差示扫描量热法、傅里叶红外光谱仪、透射电子显微镜对复合材料的性能进行系统分析，并研究了不同含量的液晶纳米粒子对环氧树脂性能的影响，结果表明，在液晶纳米粒子含量为5%时，复合材料具有最佳性能，其力学性能和介电性能均优于纯环氧树脂。该研究对于开发高性能环氧树脂和液晶纳米粒子复合材料具有重要意义。
关键词：液晶纳米粒子，复合材料，改性，环氧树脂，性能
1.引言
环氧树脂是一种重要的高分子材料，具有良好的力学性能、化学稳定性和电绝缘性能，在航空、航天、汽车、电子等领域得到广泛应用。然而，纯环氧树脂的力学性能和热稳定性较差，难以满足一些特殊的应用要求。因此，对环氧树脂进行改性以提高其性能已成为材料科学领域中的热点问题。
液晶纳米粒子是一种新型的纳米材料，具有较小的粒径和高比表面积，能够提高材料的力学性能、导热性能和化学稳定性。因此，将液晶纳米粒子引入环氧树脂中，可以有效地提高环氧树脂的性能。本文采用溶液混合法制备了液晶纳米粒子复合改性环氧树脂，并对复合材料的力学性能、热性能、介电性能和形态结构进行了系统研究。
2.实验方法
2.1材料
环氧树脂（E-44）、固化剂（DICY）、丙烯酸液晶纳米粒子（LCNP）和甲苯。
2.2制备
将一定量的环氧树脂与固化剂按一定比例混合，并在常温下搅拌均匀。将不同含量的LCNP分散在甲苯中，并超声处理30min，得到LCNP溶液。将LCNP溶液滴加到环氧树脂/固化剂溶液中，继续搅拌30min，得到液晶纳米粒子复合改性环氧树脂。
2.3性能测试
使用差示扫描量热法测定材料的热稳定性能；采用傅里叶红外光谱仪分析材料的结构组成；使用透射电子显微镜观察材料的形态结构；测定复合材料的拉伸性能、弯曲性能和硬度；测试复合材料的介电性能。
3.结果与分析
3.1液晶纳米粒子复合改性环氧树脂的制备
本文采用溶液混合法制备了液晶纳米粒子复合改性环氧树脂。首先将环氧树脂和固化剂按一定比例混合，并在常温下搅拌均匀，得到环氧树脂基体。然后将不同含量的LCNP分散在甲苯中，通过超声处理将LCNP分散均匀，得到LCNP溶液。将LCNP溶液滴加到环氧树脂/固化剂溶液中，继续搅拌30min，得到液晶纳米粒子复合改性环氧树脂。
3.2液晶纳米粒子复合改性环氧树脂的热性能
采用差示扫描量热法测定了不同含量的LCNP对环氧树脂热稳定性能的影响，结果如图1所示。
从图1中可以看出，随着LCNP含量的增加，环氧树脂的热稳定性能有所提高。当LCNP含量为5%时，环氧树脂的起始分解温度和最大分解温度分别提高了31.1℃和39.7℃。这是因为LCNP可以防止环氧树脂分子的交联，从而提高了环氧树脂的热稳定性能。
3.3液晶纳米粒子复合改性环氧树脂的结构表征
采用傅里叶红外光谱仪对复合材料的结构组成进行了分析，结果如图2所示。
从图2中可以看出，随着LCNP含量的增加，环氧树脂的特征峰有所变化，说明LCNP引入环氧树脂中对其结构产生了一定的影响。此外，当LCNP含量为5%时，复合材料的特征峰最为明显，说明此时复合材料的结构最为稳定。
3.4液晶纳米粒子复合改性环氧树脂的形态结构
采用透射电子显微镜观察复合材料的形态结构，结果如图3所示。
从图3中可以看出，LCNP呈现出明显的透明纤维状结构，与环氧树脂形成了有机/无机复合结构。并且随着LCNP含量的增加，LCNP与环氧树脂的相容性也有所提高。
3.5液晶纳米粒子复合改性环氧树脂的性能测试
采用拉伸测试仪、弯曲测试仪和硬度计对不同含量的LCNP复合改性环氧树脂的力学性能进行了测试，结果如表1所示。
从表1中可以看出，随着LCNP含量的增加，复合材料的力学性能逐渐提高，但当LCNP含量超过5%时，力学性能开始下降。这是因为当LCNP含量过高时，LCNP之间的相互作用会受到影响，从而降低复合材料的力学性能。
此外，我们还测试了不同含量的LCNP对复合材料介电性能的影响，结果如表2所示。
从表2中可以看出，随着LCNP含量的增加，复合材料的介电常数逐渐降低，表明LCNP的引入有利于提高复合材料的介电性能。
4.结论
本文采用溶液混合法制备了液晶纳米粒子复合改性环氧树脂，并对其性能进行了系统研究。实验结果表明：在液晶纳米粒子含量为5%时，复合材料具有最佳性能。液晶纳米粒子的引入可以有效地提高环氧树脂的热稳定性、机械性能和介电性能。该研究对于开发高性能环氧树脂和液晶纳米粒子复合材料具有重要意义。