一種硅樹脂基納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)高分子化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種硅樹脂基納米復(fù)合材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅樹脂的硅原子上帶有有機(jī)基團(tuán)的交聯(lián)型半無機(jī)半有機(jī)類型的高聚物，其高分子 結(jié)構(gòu)中具有多個活性基團(tuán)，在加熱或由催化劑存在下可進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，固化形成不 溶不熔的熱固性樹脂。因此，硅樹脂具備突出的、穩(wěn)定的耐候性，是任何一種硅樹脂所望塵 莫及的，即使在紫外線強(qiáng)烈照射下，硅樹脂也耐泛黃。此外，硅樹脂還具有優(yōu)異的介電性能， 在很大的溫度、濕度和頻率范圍內(nèi)爆出穩(wěn)定，以及耐阻燃、耐高溫、耐氧化、耐電弧、耐輻照、 防水、防煙霧等特性。隨著科技水平的不斷提升，這些特性使得硅樹脂為基體制備得到的絕 緣漆、涂料、粘接劑和有機(jī)硅塑料等在一些重要領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
[0003] 由于高度三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硅樹脂往往會表現(xiàn)出易應(yīng)力開裂，力學(xué)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，使 其應(yīng)用受到很大的限制。為了獲得滿足實(shí)際應(yīng)用的硅樹脂基復(fù)合材料，通常都往基體添加 不同增強(qiáng)填料和各種助劑。例如，中國專利"CN86105393A"公開了以聚硅氧烷為原料，結(jié)合 含有碳原子為8-24異構(gòu)烷烴和填料（如石英粉，硫酸鈣，滑石粉等）可以制備得到一種可 用于牙科模料的有機(jī)硅納米復(fù)合材料制品。此外，在申請?zhí)枮?CN200810137199. 7"的中國 專利"硅樹脂基復(fù)合材料的制備方法"中，將硅樹脂涂覆到纖維布上，再經(jīng)過浸潤、加熱和氮 氣處理，得到一種具有優(yōu)異力學(xué)性能的硅樹脂復(fù)合材料。這些方法雖然可以制備得到較為 理想的娃樹脂納米復(fù)合材料，但其成本較高，且加工工藝也相對復(fù)雜，這一定程度限制其在 電子電器領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決目前的硅樹脂基復(fù)合材料易應(yīng)力開裂、力學(xué)強(qiáng)度低以及制備納米復(fù)合材 料的工藝復(fù)雜、成本較高的問題，本發(fā)明提供一種硅樹脂基納米復(fù)合材料及其制備方法。
[0005] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種硅樹脂基納米復(fù)合材料，所述硅樹脂基納米復(fù)合材料包括以下重量份數(shù)的各 組分：
[0007] 硅樹脂15-60份、石英粉/納米二氧化硅混合物20-60份、玻璃纖維15-35份、催 化劑0. 01-2. 50份和脫模劑0. 1-5. 0份。
[0008] 采用不同尺寸的石英粉和納米二氧化硅復(fù)配，并調(diào)控他們之間比例含量（石英粉 /二氧化硅的比例為5/1-20/1之間），這一多尺度耦合能夠產(chǎn)生協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，同時能夠改 善硅樹脂與短纖維之間的界面，從而顯著提高硅樹脂/短玻璃纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度；
[0009] 作為優(yōu)選，所述硅樹脂基納米復(fù)合材料還包括硅橡膠顆粒0. 5-5. 0份，硅橡膠顆 粒的粒徑為1-50微米。
[0010] 采用填充適量的硅橡膠粉末還能夠提高斷裂能量，避免緩沖材料失效過程中的脆 性斷裂，改善了其抗彎曲形變的能力。
[0011] 硅橡膠具有很好變形能力和耐高溫性能，并能夠在材料失效過程中能夠吸收內(nèi)部 缺陷引發(fā)斷裂能，從而有效提尚娃樹脂基納米復(fù)合材料的力學(xué)性能和保持其耐尚溫性能。
[0012] 作為優(yōu)選，所述石英粉/納米二氧化硅混合物中石英粉與納米二氧化硅的比例為 5/1-20/1。
[0013] 作為優(yōu)選，石英粉的粒徑為200-6000目。
[0014] 作為優(yōu)選，納米二氧化硅的粒徑為20-100nm。
[0015] 作為優(yōu)選，玻璃纖維的長度為3-6mm。
[0016] 作為優(yōu)選，催化劑為N，N-二甲基芐胺、苯甲酸酐、苯甲酸或堿式碳酸鉛中的一種 或多種。
[0017] 作為優(yōu)選，脫模劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鎂或硬脂酸鋅。
[0018] 本發(fā)明基于材料空間分布原理，采用不同尺度石英粉或納米二氧化硅和增強(qiáng)填料 短玻璃纖維協(xié)同增強(qiáng)硅樹脂：不同尺度石英粉和納米二氧化硅的耦合可以有效地解決纖維 束間的空間間隙，以減少缺陷的產(chǎn)生；同時多尺度的石英粉和納米二氧化硅也能夠改善纖 維與樹脂基體間的界面。本發(fā)明采用不同尺寸石英粉和納米二氧化硅與短纖維復(fù)配相結(jié)合 來增強(qiáng)硅樹脂，并利用合適比例的不同尺寸石英粉來優(yōu)化復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而制備得 到具有優(yōu)異力學(xué)性能硅樹脂納米復(fù)合材料制品。結(jié)果顯示：采用一定的比例不同尺寸的石 英粉復(fù)配，利用簡單的機(jī)械共混工藝，可以制備得到優(yōu)異力學(xué)性能的硅樹脂納米復(fù)合材料， 其彎曲強(qiáng)度達(dá)到約62MPa，比純硅樹脂提高了約300%。
[0019] 一種硅樹脂基納米復(fù)合材料及其制備方法，包括以下步驟：
[0020] (1)首先將石英粉/納米二氧化硅混合物、硅橡膠顆粒和玻璃纖維混合均勻?yàn)榛?合填料，將硅樹脂在開煉機(jī)中預(yù)熱至熔融狀態(tài)，溫度為80-85°C ;
[0021] (2)將上述混合填料分3-6次加入到熔融的硅樹脂中，進(jìn)行物理共混，混煉時間為 20-30分鐘，開煉機(jī)輥速為50-200rpm ;
[0022] (3)將步驟⑵中的混合填料與硅樹脂混合均勻后，加入催化劑、脫模機(jī)和顏料 等，物理共混5-15min ;
[0023] (4)將步驟（3)混合后的產(chǎn)物從開煉機(jī)取下，冷卻后并粉碎得到硅樹脂基納米復(fù) 合材料粉末；
[0024] (5)根據(jù)實(shí)際需求，將硅樹脂基納米復(fù)合材料粉末進(jìn)行模壓成型，成型工藝為 175°C和 15MPa 條件下 10-30min，并在 200°C下固化 120min。
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：
[0026] 制備的硅樹脂基納米復(fù)合材料，力學(xué)性能優(yōu)異，彎曲強(qiáng)度得到了很大的提升。應(yīng)力 均勻不易開裂。本發(fā)明的制備工藝簡單，成本較低。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說明。
[0028] 如果無特殊說明，本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實(shí)施 例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0029] 以下實(shí)施例，每份為100g。
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 一種硅樹脂基納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0032] (1)首先將20份的石英粉/納米二氧化硅混合物（石英粉/納米二氧化硅混合物 中石英粉與納米二氧化硅的比例為20/1)、0. 5份硅橡膠顆粒和15份玻璃纖維混合均勻?yàn)?混合填料，將60份硅樹脂在開煉機(jī)中預(yù)熱至熔融狀態(tài)，溫度為80°C ;石英粉的粒徑為6000 目，納米二氧化娃的粒徑為20nm，玻璃纖維的長度為6_
[0033] (2)將上述混合填料分3次加入到熔融的硅樹脂中，進(jìn)行物理共混，混煉時間為30 分鐘，開煉機(jī)輥速為50rpm ;
[0034] (3)將步驟（2)中的混合填料與硅樹脂混合均勻后，加入2.50份催化劑、0· 1份脫 模機(jī)和顏料等，物理共混15min ;顏料為常規(guī)加入量；催化劑為N，N-二甲基芐胺；脫模劑為 硬脂酸鈣；
[0035] (4)將步驟（3)混合后的產(chǎn)物從開煉機(jī)取下，冷卻后并粉碎得到硅樹脂基納米復(fù) 合材料粉末；
[0036] (5)根據(jù)實(shí)際需求，將硅樹脂基納米復(fù)合材料粉末進(jìn)行模壓成型，成型工藝為 175°C和15MPa條件下lOmin，并在200°C下固化120min。制得80X10X4mm的樣條。
[0037] 按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9341-2008測試塑料的彎曲性能（表1)。
[0038] 實(shí)施例2
[0039] 一種硅樹脂基納米復(fù)合材料及其制備方法，包括以下步驟：
[0040] (1)首先將60份的石英粉/納米二氧化硅混合物（石英粉/納米二氧化硅混合物 中石英粉與納米二氧化硅的比例為5/1)、3份硅橡膠顆粒和35份玻璃纖維混合均勻?yàn)榛旌?填料，將15份硅樹脂在開煉機(jī)中預(yù)熱至熔融