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SiO2/PVA复合材料的制备及表征

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SiO2/PVA复合材料的制备及表征

SiO2/PVA复合膜的制备

将制备得到的不同 PHAC1830/ SiO2类流体按照PVA0.5wt%1wt%2wt%3wt%4wt%5wt%10wt%先加入到一定量的蒸馏水中,在集热式恒温磁力搅拌器25℃中进行溶解,溶解后,加入5gPVA,分别在40℃60℃80℃90℃恒温搅拌2小时,得到SiO2/PVA混合溶液,待溶液冷却至室温时,将其浇注到准备好的25cm×35cm的玻璃板上,去除表面气泡,放在水平封闭的干燥鼓风电热干燥箱中去水成膜。

SiO2/PVA复合膜的力学性能


SiO2改性后的薄膜拉伸强度测试结果由表1所示,结果表明SiO2的含量为2%时达到大值,各种改性程度的大值分别为147.58MPa162.39MPa161.01MPa155.36MPa,与纯PVA相比,拉伸强度分别提高了53.3%68.7%67.3%61.4%

1为各改性程度拉伸强度的趋势图,由图可知,拉伸强度随SiO2含量的增加先上升后下降,含量为2%时达到大值。根据无机纳米粒子增强增韧聚合物机理分析,纯PVA在用流延法制备过程中由于厚度的不均匀性造成了应力集中从而诱发聚合物基体产生大量的银纹,形成银纹过程中消耗了大量的能量,拉力的进一步作用使银纹发展成为破坏性裂纹。而在杂化膜中,当 SiO2的含量低于2%时,粒子与粒子之间基体层的厚度会比较大,这样大部分粒子还是以纳米的尺寸分散到基体中,当材料发生应变产生银纹甚至微裂纹时,SiO2进入到裂纹空隙中,由于粒子的存在产生了应力集中,从而使得微裂纹的发展方向发生改变,向粒子周围的基体扩散,从而使得周围的基体产生微观损伤,不仅如此,SiO2纳米粒子还可以与聚合物的高分子链形成丝状连接结构,使产生的部分裂缝又转化为银纹状态,这样消耗了大量的能量并阻止了裂缝的进一步扩展,延缓了材料的破坏,使得薄膜在拉伸时能承受更多的应变,提高了材料的强度和韧性。但是当含量超过2%时,由于纳米粒子的表面能高,活性很强,再加上粒子与粒子之间的基体层厚度减小,距离越来越近,很容易形成团聚体,SiO2纳米粒子含量过多后,团聚体的尺寸不断增大,当尺寸超过裂缝体内部空隙,纳米无机粒子不能进入裂缝内部,使裂缝不能转化成银纹状态,粒子会反复空洞化形成膨胀带使得粒子与基体发生脱离,从而在应力作用下使裂纹过早出现,材料发生断裂而使材料韧性和强度降低。


通过图1各条曲线比较还可知,用聚醚胺改性过后的SiO2/PVA薄膜比未改性的SiO2/PVA薄膜的整体拉伸强度要高,而且随着SiO2含量的变化,薄膜的拉伸强度的变化幅度比未改性的要小,力学损失率要小。出现这种现象的可能原因是作为分散相的纳米粒子其主要作用是引发塑料基体产生大量的银纹和剪切带,另一方面控制银纹的扩展。经过表面接枝和包覆过的SiO2粒子表面具有柔性的壳层,充当了无机填料与聚合物基体的软结合,使得材料在受力时,柔性壳层能减缓力的集中作用,并且改性后的SiO2是一种具有液体性质的类流体,当与PVA混合时,液体之间的混合效果比固体和液体的共混效果要好,所以两者的界面具有比较好的结合作用,制得的薄膜在拉伸时会产生大量的银纹和剪切带,而且银纹还可以被剪切带终止,阻止其进一步发展成为裂纹。但是未改性的SiO2粒子在PVA中仅仅只是填充的作用,在加入量少的时候,团聚的现象不严重,由于其粒径小,可以比较好的填补了由于拉伸使材料产生的微裂纹,从而起到了增强的作用。但是随着加入量的增多,由于纳米SiO2的纳米效应,SiO2极易团聚,当PVA薄膜拉伸时,团聚体不能有效的将裂纹向银纹转化,微裂纹群中的某一个长度大的裂纹会在拉应力的作用下继续扩展,由这根裂纹的发展产生破坏,使得材料提前发生破坏,因此未改性 SiO2/PVA拉伸强度随着SiO2的加入量增加,力学性能的下降速率很快。

通过对复合薄膜进行力学性能测试,发现经过处理后的纳米SiO2与聚合物基体之间的界面有更良好的结合,从而较大幅度的提高材料的力学性能。

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本文由齐岳Lh整理,2022-05-30 09:23:05

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