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無機納米粒子的存在賦予環(huán)氧樹脂很高的力學(xué)性能，其強度、剛度、韌性、耐熱性都有很大提高，具體表現(xiàn)在材料的沖擊強度、拉伸強度、彈性模量的增大及玻璃化溫度的提高。環(huán)氧樹脂是綜合性能優(yōu)異的熱固性樹脂，因而得到了廣泛應(yīng)用，但是環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物性脆、耐沖擊性差、易開裂、不耐疲勞，對其進行各種改性以提高其性能成為環(huán)氧樹脂研究熱點。納米無機粒子與環(huán)氧樹脂復(fù)合后可使無機物的剛性，尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與環(huán)氧樹脂的韌性、加工性揉合在一起，表現(xiàn)出增韌與增強的同步效應(yīng)。無機納米粒子填充改性環(huán)氧樹脂的性質(zhì)及作用機理是什么?納米粒子的加入使復(fù)合材料的沖擊強度得以大幅度提高，其作用機理較普遍接受的觀點是：納米粒子均勻分散于環(huán)氧樹脂中后，如果基體樹脂受到外力沖擊，粒子與基體之間就會產(chǎn)生銀紋，納米粒子間的基體樹脂也產(chǎn)生塑性形變，吸收一定的沖擊能，隨著粒子的微細化，其比表面積將進一步增大，使納米粒子與基體樹脂間接觸面亦增大;當材料受到外力沖擊時會產(chǎn)生更多銀紋及塑性形變，并吸收更多沖擊能而達到增韌效果。如果納米粒子加入太多，在外力沖擊時就會產(chǎn)生更大銀紋及塑性形變，并發(fā)展為宏觀開裂、沖擊強度反而下降。
剛性納米粒子的存在易產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)而引發(fā)其周圍基體樹脂產(chǎn)生銀紋，吸收一定形變功;另一方面剛性納米粒子的存在，使基體樹脂內(nèi)銀紋擴展受阻和鈍化，最終停止開裂，不致發(fā)展為破壞性開裂，從而產(chǎn)生增韌效果。納米粒子的加入均使基體的拉伸強度得以提高。拉伸強度的增加，可能是由于無機粒子通過偶聯(lián)劑的作用與環(huán)氧樹脂發(fā)生物理或化學(xué)的結(jié)合，增強了界面粘接，因而納米粒子可承擔一定的載荷，使復(fù)合材料的拉伸強度增加。納米粒子的加入均使基本的彈性摸量得以提高。對于微粒增強復(fù)合材料，載荷是由基體和微粒共同承擔的，微粒以機械約束方式限制基體變形從而產(chǎn)生強化。微粒的束縛作用限制基體的運動和變形，而束縛作用的程度和微粒間隙、微粒性能及基體性能有關(guān)。
納米粒子的加入使環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度升高的原因，納米粒子與環(huán)氧樹脂之間存在強相互作用，使玻璃化溫度升高。表面處理后的納米粒子，在基體中實際起到交聯(lián)點的作用，一方面其表面有利于環(huán)氧樹脂鏈的纏結(jié)，形成物理交聯(lián);另一方面其表面的表面處理劑與基體鍵合，形成填充粒子與基體間良好的界面結(jié)合，起到化學(xué)交聯(lián)點的作用。因此隨著納米粒子的加入，交聯(lián)密度增大使玻璃化溫度升高。可見納米粒子的加入可使體系的玻璃化溫度明顯升高，提高體系的耐熱性。
因此納米粒子的改性機理具有明顯特征，無機納米粒子具有能量傳遞效應(yīng)，使基體樹脂裂紋擴展受阻和鈍化，最終終止裂紋，不致發(fā)展為破壞性開裂;隨著納米粒子粒徑的減小，粒子的比表面積增大，納米微粒與基體接觸面積增大，材料受沖擊時產(chǎn)生更多的微裂紋，吸收更多的沖擊能;無機納米粒子具有應(yīng)力集中與應(yīng)力輻射的平衡效應(yīng)，通過吸收沖擊能量，使基體無明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，達到復(fù)合材料的力學(xué)平衡狀態(tài);若納米微粒用量過多或填料粒徑較大，復(fù)合材料的應(yīng)力集中較為明顯，微裂紋易發(fā)展成宏觀開裂，造成復(fù)合材料性能下降;基體中的無機納米粒子作為聚合物分子鏈的交聯(lián)點，對復(fù)合材料的拉伸強度及玻璃化溫度的提高有貢獻。
