环氧树脂纳米复合材料界面及其对电性能影响
来源:    发布时间: 2019-05-06 14:16   795 次浏览   大小:  16px  14px  12px
  复合材料的界面是独立于掺杂相和基体之外的区域,它与基体和分散相有不同的理化性质。界面作为一个影响复合材料宏观性能的重要因素而引起学者们的广泛关注。当复合材料中分散相为微米级时,复合材料宏观性能主要取决于两相成分的变化。相对于微米尺度的分
  复合材料的界面是独立于掺杂相和基体之外的区域,它与基体和分散相有不同的理化性质。界面作为一个影响复合材料宏观性能的重要因素而引起学者们的广泛关注。当复合材料中分散相为微米级时,复合材料宏观性能主要取决于两相成分的变化。相对于微米尺度的分散相而言,纳米分散相表面原子所占百分数剧增,导致表面张力变大,悬挂键和缺陷密度急剧变大,表面原子不稳定且具有高活性,纳米分散相独特的表面效应使纳米材料与基体间的界面结合程度较强。纳米材料表面积大,同等体积分数的纳米分散相中纳米颗粒的数量是微米粒子数量的10亿倍,因此纳米复合材料中的界面区域远远大于微米复合材料中的界面区域。界面性质是纳米复合材料性能变化的关键。界面区域的大小和界面结合强度已经成为纳米复合材料研究的重点。为此,国内外众多学者采用一维或二维纳米材料对复合材料进行改性,并建立了相应的模型来解释界面作用机理对纳米复合材料宏观性能的影响,如“介电双层”结构、多核模型、体积模型、界面势垒模型。
  界面势垒模型机理认为,电导率高的纳米组分与聚合物基体之间的界面是一个导电的区域,由键合区域和过渡区域组成,过渡区域的厚度远大于键合区域的厚度。两相材料间相互作用越强,界面区域厚度越大。基于这种势垒模型机制,本文实验中碳纳米管掺杂环氧基体的界面势垒模型构建如下:图1a是碳纳米管掺杂量低时,纳米粒子以“孤岛”形式分散在基体中两相之间的界面模型;图1b是当碳纳米管掺杂量高时,纳米粒子发生团聚时,纳米粒子与基体两相之间的界面模型。与图1a中的界面区域相比,图1b中键合区域厚度并未发生改变,但过渡区域相互重叠,团聚体内部纳米粒子未与基体间形成界面,所以相比于纳米粒子在基体中分散均匀的纳米复合材料体系而言,此体系中界面区域明显减少了。
  1)在酸酐固化环氧树脂体系中,携带与环氧基体官能团相同的官能团的MWCNTs能与基体间形成以化学键方式连接的界面,其界面结合程度较好。其界面结合强度大于以物理力结合的C-MWCNTs与基体间界面结合强度。
  2)环氧树脂纳米复合材料中界面结合强度和界面区域的增加,使键合区域对偶极极化限制作用增强,导致环氧树脂纳米复合材料的介电常数和介质损耗降低;同时会使过渡区域内缺陷密度增加,减少因电场不均匀而产生的电树枝,环氧树脂纳米复合材料击穿场强得到提高。C-MWCNTs/EP、E-MWCNTs/EP和Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的介电常数均在MWCNTs质量分数为0.3%时出现了最小值,分别为3.19、3.09和3.07。
  3)片层纳米材料的加入使MWCNTs与基体间界面厚度变大,能减缓MWCNTs的团聚现象,提高渗流阈值,使环氧树脂纳米复合材料的绝缘性能得到提高。http://www.cqglhg.com/