膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土岩。蒙脱石具有层状结构,其层间富有活性,故研究纳米膨润土与聚合物的复合材料的性能是近年来人们感兴趣的工作。

    环氧树脂是聚合物复合材料的重要基体。Rice BP等人利用膨润土/环氧树脂体系制备碳纤维复合材料,并研究了其力学性能。利用纳米材料的物理和化学活性对环氧树脂进行改性是使复合材料获得新性能的有效途径。因此,可以利用膨润土层间的活性。在层间插入环氧树脂的固化剂有机胺,制成膨润土-环氧树脂复合体,使膨润土的层间也成为反应场所;在一定条件下,让吸附在层间的胺固化剂参与环氧树脂的交联反应,起到类似偶联剂的作用,从而将粉料通常的填充作用转变为增强作用。

    本文利用TG-DTA、IR、SEM、马丁耐热和Daniel流动点测定等方法,研究了有机胺插入超细膨润土的复合体与环氧树脂的固化体系的结构、耐热性能、分散性。

1     实验部分

1.1     材料与试剂

    环氧树脂:E ,工业级;膨润土:钠基膨润土,浙江临安城北膨润土有限公司;二氨基二苯基甲烷(DDM):分析纯,市售。

1.2     主要仪器

    傅立叶变换红外光谱仪:60SXB,美国NICOLET公司;热分析仪:TAS-100型, 日本RIGAEU公司;马丁耐热试验箱:DLll0A型,上海试验设备厂。

1.3     实验方法

1.3.1     超细有机膨润土及其环氧树脂复合体系的制备

    膨润土的提纯和活化:将钠基膨润土原土配成5% 一10%的水浆,搅拌(或加入分散剂焦磷酸钠),自然沉降8—12 h后,去除沉淀泥沙;然后烘干、粉碎,制成提纯土,再细化至300 am左右。将提纯后的膨润土用5% ~20%的硫酸溶液在80~90℃活化处理6~8 h,产物经过滤、洗涤(至pH 7~7.2)、干燥、研磨粉碎即得活化膨润土。膨润土的有机化:将提纯或活化的膨润土分别在室温下用0.02 M的二乙烯三胺水溶液处理4 h,得到有机膨润土和有机活化膨润土。

    膨润土/环氧树脂复合材料的制备:采用浇铸成型法,配方见表
1。    固化条件为:室温固化6 h+90℃ /3 h+200 ℃/1 h

1.3.2     结构表征与性能测试

    红外光谱:用傅立叶变换红外光谱仪;热分析:用热分析仪;耐热性:采用马丁耐热试验箱,按GB/T 1035—197O测定,试样规格120 mm×15mm×10mm 。

     Daniel流动点:将20%的环氧树脂甲苯溶液用滴定管滴加到6 g膨润土中,在刮刀搅拌下,填料刚好粘结成一个球时,即为第一个终点(浸润点);当混合物成为足以能在刮刀上流淌的流体,而且最后的液滴从刮刀上滴下时出现拉丝现象,丝断后又回缩时,为第二终点,记录下的毫升数即为流动点。

2      结果与讨论

2.1     膨润土/环氧树脂复合材料的结构

    膨润土由于层间具有活性,因此可以吸附有机胺而制成膨润土-有机胺复合体。当将其加入到环氧树脂中制成膨润土/环氧复合材料时,环氧树脂与膨润土-胺复合体之间发生了一系列作用。

    其一,复合材料升温固化时,膨润土层间吸附的有机胺分子会有少部分脱附出来参与环氧树脂的固化反应。图1、图2是未经处理的膨润土与膨润土-胺复合体的差热分析图。由图1、2可知,膨润土-胺复合体在120℃之前主要发生层间吸附水和表面自由态水的脱附,温度再升高,就有少量胺从层间脱附出来;脱附出来的胺在环氧树脂基体固化时,会参与固化反应。

    其二,膨润土-胺复合体加入到环氧树脂中固化成型时,一部分环氧树脂会浸入膨润土层间,与停留在层间的固化剂发生反应。图3是膨润土吸附环氧树脂前后的红外光谱图。图3表明,环氧树脂与膨润土作用时,能进入其层间。

    上述两种作用的结果,使膨润土/环氧树脂复合