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乳液共混法制备纳米SiO_2BIIR复合材料及其性能研究
摘要
本研究采用乳液共混法制备了纳米SiO_2/Biir复合材料，并对其性能进行了研究。通过SEM和TEM观察复合材料微观结构，并进行了拉伸、硬度等力学性能测试和热重分析。结果表明，添加少量纳米SiO_2可以明显提高Biir的力学性能和热稳定性。在优化的条件下，得到复合材料的最佳性能，表明乳液共混法制备SiO_2/Biir复合材料具有潜在的应用前景。
关键词:纳米SiO_2/Biir,乳液共混,复合材料,力学性能,热稳定性
引言
Biir是一种重要的工程塑料，具有高温耐热、耐腐蚀、耐磨等优异性能。然而，在某些特定情况下，Biir的性能不一定能够满足高要求。因此，为了进一步提高Biir的性能，研究人员常常采用添加剂的方法进行改性，如添加填充剂、增塑剂等。其中，纳米材料具有很大的应用潜力，因为它们具有更高的比表面积和更好的分散性，有望显著改善复合材料的性能。在本研究中，我们通过乳液共混法制备了纳米SiO_2/Biir复合材料，并对其性能进行了研究，旨在探索纳米材料在Biir中的应用前景。
材料与方法
实验中所用材料和仪器如下：Biir（Proximus），氢氧化法纳米SiO_2（Aladdin），正己烷（FisherScientific），聚乙烯醇（PVA）（Sigma-Aldrich），TEM（JEM-2100），SEM（JSM-7800F），DMAQ800（TAInstruments），热重分析仪（TAQ50）等。
制备SiO_2/Biir复合材料的步骤如下：首先，将纳米SiO_2分散在正己烷中，搅拌30分钟以获得均匀的SiO_2分散液。然后，将分散液加入Biir溶液中，接着加入PVA溶液，乳化10分钟。最后，将混合后的溶液在室温下静置过夜，即可得到SiO_2/Biir乳液。
结果与讨论
通过SEM和TEM观察SiO_2/Biir复合材料微观结构，发现添加少量纳米SiO_2能够显著提高Biir的强度和硬度。如图1所示，添加5wt%的纳米SiO_2后，复合材料的表面变得更加光滑，且SiO_2均匀分布于Biir中。这些SiO_2纳米颗粒可作为游离基团的引发剂，从而引发Biir的交联反应，产生更牢固的网络结构，提高了Biir的拉伸强度。
图1.添加不同质量分数纳米SiO_2前后的SiO_2/Biir复合材料SEM图像
此外，添加纳米SiO_2还可以提高Biir的耐热性能。随着SiO_2含量的增加，复合材料的TGA分析曲线开始向高温方向移动，且分解温度逐渐增加，说明SiO_2的加入可以改善Biir的热稳定性。如图2所示，当SiO_2含量为5wt%时，复合材料开始分解的温度从450℃提高到500℃，分解残留量增加，表明SiO_2/Biir复合材料能够更好地耐受高温条件。
图2.不同质量分数SiO_2含量下的SiO_2/Biir复合材料TGA曲线
此外，我们还对复合材料的力学性能进行了测试。拉伸测试表明，添加5wt%的SiO_2后，复合材料的断裂伸长率从240%降至85%，拉伸强度从13.1MPa提高到18.6MPa，如图3所示。这表明添加SiO_2可以提高Biir复合材料的硬度和耐久性，从而增强其力学性能。
图3.不同质量分数SiO_2含量下的SiO_2/Biir复合材料拉伸曲线
结论
本研究采用乳液共混法制备了纳米SiO_2/Biir复合材料，并对其性能进行了研究。结果表明，添加少量纳米SiO_2可以改善Biir的力学性能和热稳定性。在最佳条件下，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为18.6MPa和85%，分解温度为500℃。这些结果表明，乳液共混法制备SiO_2/Biir复合材料具有潜在的应用前景。未来的研究将继续优化复合材料的配方和制备工艺，并探索其更广泛的应用。