一種Vi-POSS-ZnO/EP抗紫外增韌復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種V1-POSS-ZnO/EP抗紫外增韌復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)氧樹脂(EP)是聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的一種熱固性樹脂，由于其良好的機械性能、耐熱性、高粘附性和絕緣性等特點，已經(jīng)在建筑材料、電氣材料、膠黏劑和先進復(fù)合材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于EP固化后交聯(lián)密度大，存在質(zhì)脆、耐沖擊性等缺點，使其應(yīng)用受到限制；同時，有些EP復(fù)合材料需長期暴露于太陽光和紫外光下，比如，作為普通二極管封裝材料的雙酚A型環(huán)氧樹脂，特別是基于紫外光的白光LED (UV-WLED) 二極管，則需要具備較高的紫外線吸收率，防止紫外線泄露，要求EP樹脂本身具備很好的抗紫外老化能力。因此，關(guān)于環(huán)氧樹脂的改性問題，一直都是國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注的課題。
[0003]近年來，一些納米粒子能夠有效改善復(fù)合材料的韌性、熱穩(wěn)定性以及抗紫外老化能力，使得這些粒子成為研究者們關(guān)注的焦點，對傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂進行改性制備抗紫外增韌復(fù)合材料以滿足高強度紫外輻射下使用的技術(shù)要求，進一步提高產(chǎn)品使用壽命，己成為環(huán)氧樹脂型特殊復(fù)合材料的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種V1-POSS-ZnO/EP抗紫外增韌復(fù)合材料及其制備方法，其通過改性后的納米氧化鋅作為改性劑，以八乙烯基倍半硅氧烷作為增韌劑，控制工藝參數(shù)制備得到的復(fù)合材料具有抗紫外老化能力好、抗沖擊等機械性能強等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的任務(wù)之一是提供一種V1-P0SS-Zn0/EP抗紫外增韌復(fù)合材料。
[0006]—種V1-P0SS-Zn0/EP抗紫外增韌復(fù)合材料，按照重量份數(shù)其主要由以下原料制備而成:100份的環(huán)氧樹脂、0.1-3份的改性納米氧化鋅、0.1-10份的八乙烯基倍半硅氧烷和3份的2-乙基-4甲基咪唑；其中，環(huán)氧樹脂作為基體，改性納米氧化鋅作為改性劑，八乙烯基倍半硅氧烷作為增韌劑，2-乙基-4甲基咪唑作為固化劑。
[0007]上述技術(shù)方案直接帶來的有益技術(shù)效果為:
[0008]以八乙烯基倍半硅氧烷作為增韌劑加入到環(huán)氧樹脂基體中，可有效改善復(fù)合材料的韌性，改性納米氧化鋅可有效改善復(fù)合材料的抗紫外老化能力，上述原料結(jié)合制備得到的復(fù)合材料抗紫外老化性能好，抗沖擊機械性能強。
[0009]作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述原料的重量份數(shù)為:100份的環(huán)氧樹脂、0.5-3份的改性納米氧化鋅、1-8份的八乙烯基倍半硅氧烷和3份的2-乙基-4甲基咪唑。
[0010]加入八乙烯基倍半硅氧烷的作用在于:多面體倍半硅氧烷(POSS)，是一類具有納米尺寸的有機-無機雜化材料，其獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，如(I)籠型框架，POSS本身的納米結(jié)構(gòu)具備非常好的對稱性，整體的籠型框架結(jié)構(gòu)使得其具有良好的介電性和光學(xué)性能；同時在增加材料韌性方面，POSS納米粒子能終止微裂紋尖端的進一步擴展，并能引發(fā)銀紋或者剪切帶或者分子鏈重新排列；(2)無機內(nèi)核，S1-O交替連接的硅氧骨架組成的無機內(nèi)核，能抑制聚合物分子的鏈運動，從而使雜化材料表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和阻燃性；(3)納米尺寸，POSS的三維尺寸在1.3nm之間，其中S1-Si原子之間的距離為0.5nm，R-R基團之間距離為1.5nm，是典型的納米材料，因而具備納米粒子的小尺寸效應(yīng)，表面與界面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而具備較強綜合性能；(4) R基多樣性，POSS在聚合物中的應(yīng)用主要取決于R基，R基可以為反應(yīng)性的基團，如稀基、環(huán)氧基、氣基等等，可以通過反應(yīng)性的R基來與聚合物之間發(fā)生接枝或者聚合反應(yīng)，從而產(chǎn)生聚合物之間化學(xué)鍵合作用，引入POSS基，實現(xiàn)分子層上的均勻分散，提高聚合物性能；當(dāng)R基為惰性基團，如烷基、亞烴基、芳基等等，可以調(diào)節(jié)POSS納米結(jié)構(gòu)與聚合物之間的相容性。
[0011]加入改性后的ZnO粒子的作用在于:ZnO粒子屬于N型半導(dǎo)體，其禁帶寬度為32eV，當(dāng)納米氧化鋅在受到紫外線照射時，價帶上的電子可吸收紫外線而被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時產(chǎn)生空穴-電子對，具有吸收紫外線的功能，從而提高復(fù)合材料的抗紫外老化能力，而作為納米ZnO粒子，能夠很好地和有機物環(huán)氧樹脂基體均勾混合，通過對ZnO進行預(yù)處理能夠很好地提高ZnO的分散效效果。
[0012]作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，所述原料的重量份數(shù)為:100份的環(huán)氧樹脂、2份的改性納米氧化鋅、6份的八乙烯基倍半硅氧烷和3份的2-乙基-4甲基咪唑。
[0013]本發(fā)明的任務(wù)之二是提供上述復(fù)合材料的制備方法。
[0014]上述V1-POSS-ZnO/EP抗紫外增韌復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下步驟:
[0015]步驟a、改性劑的制備，將納米粒子ZnO在超聲作用下分散于三乙胺醇水溶液中，高速攪拌下加入含有硅烷偶聯(lián)劑的乙醇水溶液，調(diào)節(jié)PH值為中性，置于行星式球磨機中球磨 60mins ；
[0016]將球磨后的ZnO，用異丙醇稀釋后室溫下離心分離，循環(huán)三次，最后將離心分離得到的固體樣品放于100°C的真空干燥箱中干燥8h，得到改性后的納米氧化鋅；
[0017]步驟b、環(huán)氧樹脂基體的制備，稱取一定量的環(huán)氧樹脂放置于烘箱中預(yù)熱，取出將其置于80°C的水浴容器內(nèi)，備用；
[0018]步驟C、超聲共混處理步驟，將步驟a所得改性后的納米氧化鋅和步驟b所得環(huán)氧樹脂基體混合，再依次加入八乙烯基倍半硅氧烷和2-乙基-4甲基咪唑，得混合樣品，將所述混合樣品放置于水浴容器內(nèi)攪拌，待攪拌均勻后放入到設(shè)定的壓強在-0.1MPa下的真空烘箱中脫泡處理lh，得脫泡處理后的樣品；
[0019]步驟d、將步驟c脫泡處理后的樣品預(yù)熱，待粘度降低后倒入聚四氟乙烯模具中，放入溫度為100°C的烘箱中固化lh，將固化后的復(fù)合材料脫模，打磨處理即得產(chǎn)品。
[0020]優(yōu)選的，步驟a中，用異丙醇稀釋后室溫下16000rpm離心分離60mins。
[0021]優(yōu)選的，步驟b中，烘箱的溫度設(shè)定為100°C，預(yù)熱lOmins。
[0022]優(yōu)選的，步驟c中，將所述混合樣品放置于80°C的水浴磁力攪拌鍋中。
[0023]優(yōu)選的，步驟d中，脫泡處理后的樣品放置在80°C的烘箱中預(yù)熱3分鐘。
[0024]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
[0025]在原料的選取上，本發(fā)明利用了 V1-POSS和ZnO無機納米粒子對環(huán)氧樹脂進行改性，拓寬了環(huán)氧樹脂體系作為膠黏劑的應(yīng)用范圍，通過提高了改性復(fù)合材料的韌性和抗紫外老化能力，使其不僅僅能廣泛應(yīng)用于LED等電子封裝材料領(lǐng)域還可以應(yīng)用于航空航天等先進復(fù)合材料領(lǐng)域；而且，該復(fù)合材料制備工藝簡單，原料廉價，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0026]在成本預(yù)算方面，硅烷偶聯(lián)劑KH-560、固化劑三乙醇胺和環(huán)氧樹脂的價格較低，同時本身也能很好的滿足產(chǎn)品的性能，可降低成本。
[0027]在制備方法上，其一，本發(fā)明對納米氧化鋅的表面改性，通過化學(xué)法將超聲作用下分散于三乙胺醇水溶液中，高速攪拌下加入含有硅烷偶聯(lián)劑的乙醇水溶液等處理方式，得到了改性后的納米氧化鋅，通過化學(xué)法對納米氧化鋅進行表面處理，有效解決了納米粒子在分散過程中的團聚效應(yīng)，使其均勻的分散在環(huán)氧樹脂基體中，很大程度上提高了產(chǎn)品的抗紫外老化性能；其二，在復(fù)合材料合成時采用了超聲共混和將預(yù)聚物在-0.1MPa下進行脫泡處理，得到機械性能優(yōu)異的增韌復(fù)合材料，通過該超聲共混