[发明专利]一种硅树脂基纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机高分子化学领域，具体涉及一种硅树脂基纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

硅树脂的硅原子上带有有机基团的交联型半无机半有机类型的高聚物，其高分子结构中具有多个活性基团，在加热或由催化剂存在下可进一步发生交联反应，固化形成不溶不熔的热固性树脂。因此，硅树脂具备突出的、稳定的耐候性，是任何一种硅树脂所望尘莫及的，即使在紫外线强烈照射下，硅树脂也耐泛黄。此外，硅树脂还具有优异的介电性能，在很大的温度、湿度和频率范围内爆出稳定，以及耐阻燃、耐高温、耐氧化、耐电弧、耐辐照、防水、防烟雾等特性。随着科技水平的不断提升，这些特性使得硅树脂为基体制备得到的绝缘漆、涂料、粘接剂和有机硅塑料等在一些重要领域有着良好的应用前景。

由于高度三维网状结构，硅树脂往往会表现出易应力开裂，力学强度低等缺点，使其应用受到很大的限制。为了获得满足实际应用的硅树脂基复合材料，通常都往基体添加不同增强填料和各种助剂。例如，中国专利“CN86105393A”公开了以聚硅氧烷为原料，结合含有碳原子为8-24异构烷烃和填料(如石英粉，硫酸钙，滑石粉等)可以制备得到一种可用于牙科模料的有机硅纳米复合材料制品。此外，在申请号为“CN200810137199.7”的中国专利“硅树脂基复合材料的制备方法”中，将硅树脂涂覆到纤维布上，再经过浸润、加热和氮气处理，得到一种具有优异力学性能的硅树脂复合材料。这些方法虽然可以制备得到较为理想的硅树脂纳米复合材料，但其成本较高，且加工工艺也相对复杂，这一定程度限制其在电子电器领域的应用。

发明内容

为了解决目前的硅树脂基复合材料易应力开裂、力学强度低以及制备纳米复合材料的工艺复杂、成本较高的问题，本发明提供一种硅树脂基纳米复合材料及其制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种硅树脂基纳米复合材料，所述硅树脂基纳米复合材料包括以下重量份数的各组分：

硅树脂15-60份、石英粉/纳米二氧化硅混合物20-60份、玻璃纤维15-35份、催化剂0.01-2.50份和脱模剂0.1-5.0份。

采用不同尺寸的石英粉和纳米二氧化硅复配，并调控他们之间比例含量(石英粉/二氧化硅的比例为5/1-20/1之间)，这一多尺度耦合能够产生协同增强效应，同时能够改善硅树脂与短纤维之间的界面，从而显著提高硅树脂/短玻璃纤维复合材料的弯曲强度；

作为优选，所述硅树脂基纳米复合材料还包括硅橡胶颗粒0.5-5.0份，硅橡胶颗粒的粒径为1-50微米。

采用填充适量的硅橡胶粉末还能够提高断裂能量，避免缓冲材料失效过程中的脆性断裂，改善了其抗弯曲形变的能力。

硅橡胶具有很好变形能力和耐高温性能，并能够在材料失效过程中能够吸收内部缺陷引发断裂能，从而有效提高硅树脂基纳米复合材料的力学性能和保持其耐高温性能。

作为优选，所述石英粉/纳米二氧化硅混合物中石英粉与纳米二氧化硅的比例为5/1-20/1。

作为优选，石英粉的粒径为200-6000目。

作为优选，纳米二氧化硅的粒径为20-100nm。

作为优选，玻璃纤维的长度为3-6mm。

作为优选，催化剂为N，N-二甲基苄胺、苯甲酸酐、苯甲酸或碱式碳酸铅中的一种或多种。

作为优选，脱模剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁或硬脂酸锌。

本发明基于材料空间分布原理，采用不同尺度石英粉或纳米二氧化硅和增强填料短玻璃纤维协同增强硅树脂：不同尺度石英粉和纳米二氧化硅的耦合可以有效地解决纤维束间的空间间隙，以减少缺陷的产生；同时多尺度的石英粉和纳米二氧化硅也能够改善纤维与树脂基体间的界面。本发明采用不同尺寸石英粉和纳米二氧化硅与短纤维复配相结合来增强硅树脂，并利用合适比例的不同尺寸石英粉来优化复合材料内部结构，从而制备得到具有优异力学性能硅树脂纳米复合材料制品。结果显示：采用一定的比例不同尺寸的石英粉复配，利用简单的机械共混工艺，可以制备得到优异力学性能的硅树脂纳米复合材料，其弯曲强度达到约62MPa，比纯硅树脂提高了约300％。

一种硅树脂基纳米复合材料及其制备方法，包括以下步骤：

(1)首先将石英粉/纳米二氧化硅混合物、硅橡胶颗粒和玻璃纤维混合均匀为混合填料，将硅树脂在开炼机中预热至熔融状态，温度为80-85℃；

(2)将上述混合填料分3-6次加入到熔融的硅树脂中，进行物理共混，混炼时间为20-30分钟，开炼机辊速为50-200rpm；