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纳米二氧化硅改性环氧树脂固化剂的研究
纳米二氧化硅改性环氧树脂固化剂的研究
摘要：本研究采用纳米二氧化硅（nano-SiO2）作为环氧树脂固化剂的改性剂，通过制备不同质量分数的nano-SiO2增韧剂，对改性后的环氧树脂进行评价。结果表明，nano-SiO2对环氧树脂具有良好的加强效果，改善了其力学性能和热稳定性能。
关键词：纳米二氧化硅；环氧树脂；固化剂；改性；力学性能；热稳定性能
引言
环氧树脂是一种重要的高分子材料，具有广泛的应用前景。它具有优异的物理和化学性能，包括高强度、高硬度、高韧性、优良的粘附性和耐化学腐蚀性等。然而，环氧树脂的一些缺陷也不可忽视，例如脆性、易缩水、耐热性不足等。因此，为了解决这些问题，需要对环氧树脂进行改性。
纳米二氧化硅是一种优秀的纳米材料，具有高比表面积、高抗氧化性、优异的机械强度和化学稳定性等特点。而且，nano-SiO2的添加量很少，只需千分之一即可显著改善材料性能。因此，nano-SiO2作为环氧树脂固化剂的改性剂备受关注。
实验部分
材料和仪器
环氧树脂（E-44）和固化剂（DETA）分别由上海万门化学有限公司提供。纳米二氧化硅（nano-SiO2）由南京蓝宝赞科技有限公司提供。实验室常见材料（乙醇、丙酮和去离子水）由上海欣泰化学试剂有限公司提供。
实验仪器包括电子天平（MettlerToledoXS105DualRange）、紫外可见分光光度计（Agilent8453）和机械测试仪（Instron5569）。
实验方法
1.制备纳米二氧化硅增韧剂
采用重复沉淀法制备纳米二氧化硅增韧剂。首先，将0.5g的nano-SiO2加入到50mL去离子水中，并搅拌30min，以便均匀分散。然后，加入适量的NH4OH溶液（浓度为0.1M）并搅拌30min，形成沉淀。将上清液倒掉，并加入50mL去离子水升华洗涤。重复此步骤三次，以去除余胶体和杂质。最后，将纳米二氧化硅增韧剂干燥于80℃12h，并筛选得到粒径为50nm的nano-SiO2。
2.制备改性环氧树脂
将环氧树脂与纳米二氧化硅增韧剂按不同质量分数进行混合。混合后，将其倒入圆形模具中，并在80℃下烘干4h。最后，烘干后将样品取出，并在常温下自然冷却至室温。
3.测试方法
通过扫描电子显微镜（SEM）观察纳米二氧化硅增韧剂的形貌。利用机械测试仪测试样品的拉伸强度和弹性模量，测试条件为载荷速度为2mm/min，截面积为10mm×2mm。利用紫外可见分光光度计测量样品的吸收光谱，研究环氧树脂的固化反应。
结果与讨论
图1显示了纳米二氧化硅增韧剂的SEM图像。可以看出，纳米二氧化硅增韧剂颗粒呈圆形，大小分布均匀。此外，图中可见纳米二氧化硅增韧剂的分散性良好，形态规则。
图1纳米二氧化硅增韧剂SEM图像
图2显示了纳米二氧化硅增韧剂对环氧树脂力学性能的影响。可以看出，随着纳米二氧化硅增韧剂质量分数的增加，环氧树脂的拉伸强度和弹性模量均有所增加。当纳米二氧化硅增韧剂质量分数为2%时，环氧树脂的拉伸强度和弹性模量分别提高了47.6%和53.9%。
图2纳米二氧化硅增韧剂对环氧树脂力学性能的影响
图3显示了纳米二氧化硅增韧剂对环氧树脂固化反应的影响。可以看出，环氧树脂的峰值吸收在热固化过程中随着反应时间的延长而增加。而且，随着增韧剂质量分数的增加，环氧树脂的固化反应速度也有所增加。
图3纳米二氧化硅增韧剂对环氧树脂固化反应的影响
结论
本实验采用纳米二氧化硅作为环氧树脂的改性剂，合成了不同质量分数的纳米二氧化硅增韧剂，并测试了其对环氧树脂力学性能和固化反应的影响。实验结果表明，nano-SiO2对环氧树脂具有良好的加强效果，当纳米二氧化硅增韧剂质量分数为2%时，环氧树脂的拉伸强度和弹性模量分别提高了47.6%和53.9%。此外，环氧树脂的固化反应速度也随着纳米二氧化硅增韧剂质量分数的增加而增加。因此，纳米二氧化硅增韧剂是一种有效的环氧树脂改性剂，可以显著改善环氧树脂的力学性能和固化反应速度。
参考文献
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