1　前言

在復(fù)合材料中所使用的填料大部分是天然的或人工合成的無機填料,都屬于極性的,水不溶性物質(zhì)。當(dāng)它們分散于極性極小的有機高分子樹脂時,往往因二者的極性差異而造成相容性不良,直接或過多的填充易導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降。因此采用物理或化學(xué)的方法對無機填料表面進行改性,使填料表面非極性化,從而提高其與樹脂的相容性,進而提高復(fù)合材料制品的力學(xué)性能,具有一定的實際意義。

2　實驗方案

2.1　實驗用原料

1)不飽和聚酯樹脂191#

2)引發(fā)劑:過氧化甲乙酮

3)促進劑:環(huán)烷酸鈷

4)鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401

5)重質(zhì)碳酸鈣

2.2　實驗儀器與設(shè)備

1)萬能電子實驗機TDW-5A型

2)烘箱101-1型

3)金屬模具

2.3　試件的制備

1)　填料的表面改性本實驗采用表面化學(xué)改性方法中的干法處理,過程如下:按1:1的比例(重量比)將鈦酸酯偶聯(lián)劑配成乙醇溶液,滴入烘干后的重質(zhì)碳酸鈣中并攪拌,時間控制在40～60分鐘,使處理劑充分包覆在填料表面,然后將其放入烘箱中,溫度控制在40℃左右,恒溫3小時。

2)　UP樹脂澆鑄體及GFRP試件的制備根據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準,按處理后的填料與樹脂重量百分比分別為0%、10%、20%和30%制備樹脂澆鑄體及GFRP拉伸、彎曲試件。

3　結(jié)果與討論填料含量、處理劑用量對填料填充復(fù)合材料體系的力學(xué)性能均有顯著影響。實驗測試結(jié)果見表1和表2.為了更加直觀地觀察實驗結(jié)果,還制作了六張曲線圖,以期對處理劑用量對試件力學(xué)性能的影響作出預(yù)測。本實驗選用的鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401為配位型偶聯(lián)劑,不易于聚酯發(fā)生酯交換反應(yīng),適用于不飽和聚酯樹脂體系。填料的加入使UP樹脂澆鑄體、GFRP的拉伸、彎曲強度顯著下降,拉伸、彎曲模量提高,且有隨填料用量的增加而發(fā)展的趨勢。填充體系模量的上升歸結(jié)于填料的模量比聚合物的模量大許多倍。

復(fù)合體系力學(xué)性能的下降則是由于填料與樹脂間極性的差異造成的。在填充體系中填料為分散相,實際上是被分割在基體樹脂構(gòu)成的連續(xù)相中。即使填料顆粒與基體樹脂結(jié)合良好沒有氣泡和孔洞,但在受力截面上基體樹脂的面積必然小于純樹脂纖維體系。由于填料與基體樹脂間的作用力較弱,在承受外力作用時,基體樹脂從顆粒表面被拉開,致使填充體系的強度較未填充體系有所下降。鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401含有兩種類型的官能團,其中一端為易水解的短鏈烷氧基,當(dāng)碳酸鈣表面單分子層結(jié)合水作用而結(jié)合在碳酸鈣填料表面,使填料表面非極性化,而偶聯(lián)劑另一端的長鏈烷氧基則與UP樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鈦酸酯偶聯(lián)劑事實上起到了一種“橋聯(lián)”的作用,改善了填料與樹脂間的界面粘結(jié)。化學(xué)鍵理論認為通過化學(xué)鍵的形成而實現(xiàn)的界面粘結(jié),理論上可以獲得很高的粘結(jié)強度。對試件的測試結(jié)果表明經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后的填料填充UP樹脂澆鑄體、GFRP的強度、模量均有不同程度的提高。

4　結(jié)　論   碳酸鈣的加入使UP樹脂澆鑄體、GFRP的拉伸和彎曲強度顯著下降,且隨填料用量的增加而愈趨顯著。而經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401改性后的填料填充UP樹脂澆鑄體、GFRP的拉伸彎曲強度則較未改性的填充體系有顯著提高。表明NDZ-401對碳酸鈣有較好的表面改性效果。