研究了新型工程材料環(huán)氧樹脂與改性環(huán)氧化天然橡膠(ENR)和納米填料的性能。來自可再生天然作物資源的ENR是一種綠色材料，具有部分替代或替代和增韌石化基聚合物的潛力。用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、動態(tài)光散射(DLS)、原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)對納米復(fù)合材料(環(huán)氧樹脂/ENR/填料納米粒子)進(jìn)行了表征。對比研究了納米纖維素和納米二氧化硅增強(qiáng)納米填料的表征和力學(xué)性能。通過熱重分析(TGA)表征納米復(fù)合材料的機(jī)械性能(例如，沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度)和熱降解行為。力學(xué)性能研究結(jié)果表明，相對于基準(zhǔn)納米復(fù)合材料混合機(jī)，在ENR 50中混入納米填料可以提高納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。納米填料在環(huán)氧復(fù)合材料中的填充量在0.75 phr(每百份樹脂的份數(shù))時表現(xiàn)出最高的機(jī)械性能改善。評估了加速老化老化的影響，觀察到納米二氧化硅的變化大于納米纖維素填料的變化。這里，發(fā)現(xiàn)在兩種納米填料中，14天后拉伸性能的加速老化增加為10%，而其它機(jī)械性能沒有顯著變化。這些納米復(fù)合材料預(yù)計具有高磨損率，限制了它們的使用壽命。
如今，質(zhì)量保證、健康保護(hù)和環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為相互依賴和相互關(guān)聯(lián)的方面，并被認(rèn)為是響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展概念的主要因素。制造螺旋槳葉片的方法需要綠色環(huán)保。環(huán)氧復(fù)合材料是無人機(jī)(UAV)葉片制造商的主要關(guān)注點(diǎn)。從這個角度來看，本文介紹的成果可用于現(xiàn)代葉片，旨在開發(fā)可靠、高效且經(jīng)濟(jì)高效的葉片，這些葉片可承受其使用壽命期間可能會遇到的嚴(yán)重靜態(tài)和/或動態(tài)載荷，而不會產(chǎn)生不利影響。為了使納米復(fù)合材料刀片的可持續(xù)生產(chǎn)與綠色制造實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計師和用戶應(yīng)該在如何將健康和環(huán)境因素融入粘合程序方面進(jìn)行創(chuàng)新。本研究旨在開發(fā)一種新方法，在質(zhì)量-健康-環(huán)境相關(guān)問題方面提供高性能的粘接復(fù)合材料葉片半殼。通過將新的綠色材料因素整合到傳統(tǒng)的粘合配方中，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生新一代環(huán)保產(chǎn)品的替代解決方案。葉片大多由納米二氧化硅、碳纖維和玻璃纖維制成，因?yàn)檫@些材料強(qiáng)度大但重量輕。然而，環(huán)氧樹脂是這些復(fù)合材料中最重要的成分，用作纖維的粘合劑基質(zhì)，以提高強(qiáng)度和光滑的表面。需要改善這些葉片的延展性以獲得更好的抗沖擊性。復(fù)合材料中常用的材料是環(huán)氧樹脂、纖維和硬化劑。主要成分是環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂也廣泛用于土木工程。這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的粘合性能，并且在固化后還具有良好的機(jī)械性能(高模量、低蠕變和合理的高溫性能)，但是由于高度交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其在沖擊下容易失效。添加到環(huán)氧樹脂中以提高其韌性的彈性體材料包括硬質(zhì)顆粒材料。此外，還研究了改性的環(huán)氧化天然橡膠(ENR)彈性體。ENR是由重要的可再生資源天然橡膠合成的。評估了生物基工程材料商業(yè)化的挑戰(zhàn)。對可再生資源材料和氣候變化的管理關(guān)注導(dǎo)致了尋找石油基材料的綠色替代品和減少溫室氣體排放的嘗試。研究了ENR粒子和其它軟材料如聚硅氧烷來改善脆性環(huán)氧樹脂的斷裂韌性。在眾多提高環(huán)氧樹脂沖擊強(qiáng)度的嘗試中，還測試了天然橡膠或環(huán)氧化天然橡膠(ENR)膠乳的混合。在該研究中，納米復(fù)合材料的降解比較是在一個室外氣候試驗(yàn)中進(jìn)行的。環(huán)境老化是由濕度、風(fēng)和紫外線輻射引起的，導(dǎo)致材料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化，影響其耐用性。環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸性能可能在老化過程中的初始固結(jié)階段得到改善，這歸因于后固化反應(yīng)。降解階段之后，復(fù)合材料的性能顯著降低。這歸因于基體界面的退化和弱化。本研究的目的是通過添加含有納米填料的ENR彈性體來提高環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的臨界力學(xué)性能。兩種類型的納米填料(納米二氧化硅或納米纖維素)在不同的填料負(fù)載水平下進(jìn)行測試，以改善用于葉片(風(fēng)力渦輪機(jī)和無人機(jī)葉片應(yīng)用)的機(jī)械性能。納米復(fù)合材料方法克服環(huán)氧脆性和處理正在進(jìn)行的研究策略，使堅韌的生物基材料。討論了橡膠、納米填料等關(guān)鍵增韌改性劑。評估了生物基改性劑商業(yè)化的挑戰(zhàn)，探討了韌性工程材料的研究和開發(fā)。
2.1.材料
2.1.1.改性環(huán)氧化天然橡膠(ENR)
ENR由天然橡膠(NR)膠乳合成，得自泰國Muang Mai Guthrie有限公司。NR含有平均直徑約為1 μm的球形顆粒，其固含量約為60% wt。NR的密度為0.92 GCM-3，并且它包含超過98%的順式-1，4聚異戊二烯。使用0.5 M過氧化氫、多元醇環(huán)氧乙烷縮合物(Terric 16A-16) (3%重量)和0.75 M試劑級甲酸，通過用天然橡膠膠乳的過甲酸環(huán)氧化原位環(huán)氧化至50%摩爾環(huán)氧化物含量來制備ENR 50。讓反應(yīng)在50℃下進(jìn)行8小時。
2.1.2.環(huán)氧樹脂
該環(huán)氧樹脂被用作雙酚-A型環(huán)氧樹脂，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示(A)雙酚-A二縮水甘油醚(EPO tec YD 535 LV:epicholhydrin-雙酚a)，平均分子量小于700 g/mol。EP的比重為1.10，粘度為1200厘泊，購自泰國Aditya Birla化學(xué)工業(yè)有限公司。
2.1.3.固化劑
一種多胺(TH 7255)是固化劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示，它與雙酚-A型環(huán)氧樹脂反應(yīng)，在室溫下固化時產(chǎn)生熱量。TH 7255的比重為1.04，粘度為100厘泊。TH 7255固化劑由泰國Aditya Birla化學(xué)工業(yè)有限公司提供。
2.1.4.納米填料
獲得納米復(fù)合材料的納米填料分為兩種類型，一種是基于納米纖維素，與納米二氧化硅相比，更詳細(xì)地說是基于納米纖維素； 納米纖維素。白色納米纖維素粉末是從木漿制備的商業(yè)產(chǎn)品。納米纖維素的重均分子量為14，700–27，850 g/mol，比表面積為400 m2/g。納米纖維素由加拿大CelluForce公司提供。 納米氧化硅。用甲基三乙氧基硅烷對由白色納米二氧化硅粉末形成的納米二氧化硅膠體進(jìn)行表面改性。納米二氧化硅的重均分子量為60克/摩爾，比表面積為135平方米/克。40%重量的納米二氧化硅膠體由泰國Bossofticl有限公司在H2O提供。
2.2.<納米復(fù)合材料樣品制備
納米復(fù)合材料制備如下。 首先，將100 phr的環(huán)氧樹脂(phr:每100份環(huán)氧樹脂的份數(shù))與5 phr的50摩爾%環(huán)氧化物含量的環(huán)氧化天然橡膠(ENR 50)混合，并加入所需的納米填料，在反應(yīng)器(AM120Z-H實(shí)驗(yàn)室電動混合器/攪拌機(jī))中以50 rpm和室溫(30℃)攪拌15分鐘。作為第二步，TH 7255硬化劑或固化劑以相同的攪拌速度攪拌5分鐘。最后，將納米復(fù)合材料樣品在室溫下在橡膠模具中成型24小時，并且將樣品用計算機(jī)成型數(shù)控(CNC)機(jī)成型，以制備用于測試機(jī)械性能的樣品。
2.3.表征和分析
由環(huán)氧樹脂與ENR 50和納米填料共混得到的納米復(fù)合材料樣品的表征如下。
對大約15 mg復(fù)合材料樣品進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜分析。為了評估原材料中的官能團(tuán)，通過FTIR對每個樣品進(jìn)行類似的研究。使用Vertex 70(Bruker，Karlsruhe，德國)記錄FTIR光譜，該儀器配備有鍺ATR晶體探針，允許直接記錄光譜而無需樣品制備。記錄的光譜是波數(shù)范圍為4000–400cm-1、分辨率為4cm-1的32次掃描的平均值。在掃描樣品之前，記錄干凈晶體的背景掃描。
2.3.2.動態(tài)光散射(DLS)
動態(tài)光散射是一種測量光強(qiáng)度的技術(shù)，也稱為光子相關(guān)光譜(PCS)，可以估計納米范圍內(nèi)的顆粒尺寸:0.005-5微米。使用德國的Annalys 22 Nanotech在室溫下以懸浮模式進(jìn)行測量。
2.3.3.原子力顯微鏡
原子力顯微鏡用于表征納米填料的粒徑。使用Nanosurf Easyscan 2 AFM(Nanosurf AG，Liestal，Switzerland)在室溫下以半接觸模式捕獲AFM圖像。
2.4.機(jī)械性能
確定了用于螺旋槳葉片應(yīng)用的納米復(fù)合材料(環(huán)氧樹脂與ENR 50和納米填料的共混物)的關(guān)鍵機(jī)械性能。拉伸強(qiáng)度根據(jù)ASTM D638，沖擊強(qiáng)度根據(jù)ASTM D256測量，硬度(肖氏D)根據(jù)ASTM D2240測量。
2.4.1.抗張強(qiáng)度
納米復(fù)合材料(具有ENR 50和納米填料的環(huán)氧樹脂)的拉伸強(qiáng)度通過德國Zwick Roll的萬能試驗(yàn)機(jī)(Z010)根據(jù)ASTM D638進(jìn)行測量。測試機(jī)器配備有10 kN測力傳感器，并且使用的拉伸速度為50 mm/min。將樣品的I型制備成50毫米和3毫米的工作和測量長度?？估瓘?qiáng)度是作用在橫向于所施加載荷的平面上的每單位面積的最大力，并且是樣品內(nèi)部內(nèi)聚力的基本量度。
2.4.2.沖擊強(qiáng)度
測量納米復(fù)合材料(具有ENR 50和納米填料的環(huán)氧樹脂)的固化無缺口樣品的懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度。破壞樣品時吸收的能量可以用SI單位表示，并由沖擊試驗(yàn)機(jī)(Dynisco Polymer Test 50J，Japan)測定。懸臂梁式擺錘沖擊試驗(yàn)記錄了在ASTM D256規(guī)定的條件下特定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)復(fù)合樣品的斷裂能量。樣品尺寸為63.5毫米× 12.7毫米× 3.0毫米。樣品保持在懸臂梁結(jié)構(gòu)中(與三點(diǎn)彎曲結(jié)構(gòu)相反)。
2.4.3.困難
納米復(fù)合材料的硬度用數(shù)字硬度計測量。樣品至少為6.0毫米(0.25英寸)厚，每種類型的一個樣品重復(fù)測量三次。測量初始硬度，或給定時間后的壓痕硬度。該測試要求以一致的方式施加機(jī)械力。
2.5.形態(tài)類型學(xué)
掃描電子顯微鏡(SEM)是對材料形貌進(jìn)行成像的常用方法之一。在剃刀缺口附近進(jìn)行SEM成像，以反映統(tǒng)一的失效模式。此外，SEM用于評估納米復(fù)合材料中的相相容性。在掃描電子顯微鏡中，低能電子束照射到材料上，掃描樣品表面。SEM樣品用薄金/鈀層濺射涂覆(真空中5-8kv ),并用劍橋立體掃描200 (FEI-Quanta 400，日本東京Jeol有限公司)成像。
2.6.熱性質(zhì)
2.6.1.熱重分析(TGA)
使用熱重分析儀(STA 6000，Perkin Elmer Inc .，Connecticut，USA)在30°C至600°C的溫度范圍內(nèi)，用N2和600°C至900°C的溫度范圍內(nèi)，用O2沖洗，以10°C min-1的加熱速率和100 ml/min的流速，使用約10 mg樣品，評估熱性能。
2.6.2.加速老化
使用QUV加速老化測試儀(QUV測試LU-0819，Q-panel lab products，USA)按照ASTM G154循環(huán)I進(jìn)行暴露于UVA的老化。QUV加速老化試驗(yàn)的條件包括340 納米和0.77 W/m2強(qiáng)度的UVA輻射，在60℃下8小時，在50℃下水冷凝4小時，以及將水噴灑在樣品上15分鐘。紫外老化循環(huán)重復(fù)達(dá)168小時和336小時.
2.7.統(tǒng)計分析
方差分析的XLSTAT軟件用于測量各因素對力學(xué)性能的顯著性。
3.1.材料的表征
評估納米復(fù)合材料的第一步是對材料進(jìn)行化學(xué)鑒定和表征。
3.1.1.納米填料的粒徑
粒度分布如圖2(a)(納米纖維素)和圖2(b)(納米二氧化硅)所示。動態(tài)光散射提供快速、精確和可重復(fù)的納米顆粒尺寸數(shù)據(jù)，是納米顆粒技術(shù)專家的必備工具。列出了用SZ-100獲得的z平均直徑。納米纖維素的尺寸分布是雙峰的(圖2(a))。存在顆粒的納米纖維素直徑，其中正好90%的顆粒體積大于20.3納米，并且10%的顆粒小于約1.4納米。圖2(b)顯示納米二氧化硅的粒度分布是單峰的，標(biāo)稱粒度約為20納米，平均直徑約為50納米。
圖2(a)(1)-2(a)(3)中的納米纖維素和圖2(b)(1)-2(b)(3)中的納米二氧化硅通過原子力顯微鏡(AFM)可以確定納米填料的粒徑，圖2(b)(1)-2(b)(3)顯示了納米填料在二維和三維圖像中的形貌，這清楚地表明可以區(qū)分納米顆粒。
通過圖像分析，納米纖維素的平均粒度估計為20.34納米，納米二氧化硅的平均粒度估計為52.8納米。
3.1.2.傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析
表1總結(jié)了4000–400cm-1范圍內(nèi)的FTIR光譜，如圖3所示。915cm-1處的第一條線(環(huán)氧樹脂線)歸因于環(huán)氧乙烷基團(tuán)中的C-O變形。約3050cm-1處的峰歸因于環(huán)氧環(huán)亞甲基中的C–H拉伸。該峰是環(huán)氧單體的聚合度，它可以用作環(huán)氧基團(tuán)存在的定性指標(biāo)。NR的FTIR光譜(NR線)在1660cm-1處顯示了不飽和C = C拉伸的強(qiáng)峰。2935cm-1、2864cm-1和2840cm-1處的峰歸因于C-H拉伸，837cm-1處的峰表明C-H彎曲與不飽和碳相連。對于ENR 50線，在870cm-1處出現(xiàn)的峰表明環(huán)氧環(huán)和連接到環(huán)氧乙烷環(huán)的C-H彎曲，在環(huán)氧化增加后，在ENR 50中觀察到的838cm-1處的強(qiáng)度降低，這可能是由于環(huán)氧環(huán)也出現(xiàn)在C = C雙鍵處。納米纖維素光譜(納米纖維素線)中約1730cm-1的吸收帶是由于羧酸或酯基團(tuán)中的-C = O拉伸所致，如圖3所示。897cm-1處的峰屬于纖維素中葡萄糖單元之間的C–O–C糖苷鍵，而3440cm-1處的吸收屬于H–O–H拉伸。在1506cm-1處，吸收帶是由于苯環(huán)中特殊類型的不飽和鍵的拉伸。1246cm-1處的吸收與(C–O)拉伸有關(guān)。FTIR結(jié)果證實(shí)了納米二氧化硅的三個主要特征峰(納米二氧化硅線),分別來自1093cm-1處的Si–O–Si不對稱鍵(Si–O)、788cm-1處的Si–O–Si不對稱鍵(Si–OH)和466cm-1處的Si–O–Si鍵彎曲振動(Si–O–Si，硅氧烷);這分別歸因于二氧化硅的不對稱和對稱拉伸以及彎曲模式。3440cm-1和1645cm-1處的吸收帶分別屬于吸附水的H–O–H拉伸和彎曲模式，與硅醇-OH基團(tuán)和與二氧化硅表面結(jié)合的水有關(guān)。復(fù)合材料(EP + ENR 50、EP + ENR 50 + CNC和EP + ENR 50 +納米二氧化硅)的這些光譜在915cm-1處有吸收，這歸因于環(huán)氧乙烷基團(tuán)中的C-O變形，在3050cm-1處有吸收，這歸因于環(huán)氧環(huán)的亞甲基中的C-H拉伸。
FTIR已被用于鑒定ENR中50 l%mol環(huán)氧化的水平。ENR 50通常具有高彈性和回彈應(yīng)變結(jié)晶，但在膠乳階段具有低的耐油性。因此，這個ENR被稱為ENR 50在以前的工作。
3.2.納米復(fù)合材料的形態(tài)
3.2.1.沒有和有ENR 50的環(huán)氧樹脂的形態(tài)
從純環(huán)氧樹脂基體和相關(guān)復(fù)合材料的缺口伊佐德沖擊斷裂表面的SEM顯微照片(圖4(a))評估形態(tài)。斷裂表面的結(jié)構(gòu)研究表明，在ENR 50顆粒表面形成了新相(圖4(b))。
球形橡膠球提高了沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。在ENR 50的情況下，環(huán)氧樹脂和ENR 50復(fù)合材料在相界具有更好的相互作用，這給出了比純環(huán)氧樹脂基體更高的沖擊強(qiáng)度。
橡膠作為組分存在，觀察到分散在熱塑性塑料中的大球狀區(qū)域。加入5份ENR 50是提高沖擊強(qiáng)度的合適選擇。選擇無定形ENR 50作為模型基質(zhì)，以研究納米顆粒對納米復(fù)合材料機(jī)械性能的影響。 3.2.2.納米復(fù)合材料的形態(tài)
具有環(huán)氧樹脂、ENR 50和納米填料的納米復(fù)合材料的形態(tài)顯示在圖4(c)和4(d)中，為缺口伊佐德沖擊斷裂表面的SEM顯微照片。環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的顯微照片具有光滑和有光澤的外部，帶有許多波狀或流狀裂紋，如箭頭所示。橡膠和納米填料填充的納米復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度逐漸增加。圖4(c)(1–4)顯示了環(huán)氧樹脂(EP)/ENR 50/納米纖維素(CNC)的納米復(fù)合材料共混物，在CNC為0.75 phr的情況下，在相界處具有優(yōu)異的相互作用，這給出了最高的沖擊強(qiáng)度。圖4(d)(1–4)中的EP/ENR 50/納米二氧化硅共混物改善了納米二氧化硅相界的相互作用，因此機(jī)械性能隨著納米填料的加入而提高。納米二氧化硅的趨勢與納米纖維素相似。納米纖維素和納米二氧化硅在環(huán)氧復(fù)合材料中的良好分散提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。增加納米填料的填充量可持續(xù)提高強(qiáng)度和斷裂韌性?？偟膩碚f，納米填料是一種很有前途的方法來改善航天環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的性能?？梢缘贸鼋Y(jié)論，混合物中0.75 phr納米纖維素是較佳選擇，具有良好的相容性和高強(qiáng)度，且沒有顯著的負(fù)面影響。應(yīng)該注意的是，加入超過0.75 phr會惡化機(jī)械性能。
3.3.納米復(fù)合材料的力學(xué)性能
為了評價包含ENR 50 (ENR 50在5 phr加載量下提高了沖擊強(qiáng)度)和納米填料的環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的機(jī)械性能。相對于純環(huán)氧樹脂基體，納米填料的填充量變化高達(dá)1 phr，納米復(fù)合材料的結(jié)果收集在表2中，表明納米填料的填充量影響機(jī)械性能。在這項(xiàng)研究中，我們研究了復(fù)合材料中納米纖維素和納米二氧化硅的填料類型和數(shù)量的影響。測定納米填料填充量為0.25、0.5、0.75和1 phr的納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。0.75 phr的沖擊強(qiáng)度高于0.25、0.5和1 phr的沖擊強(qiáng)度。這是由于納米纖維素的小粒徑以及其在環(huán)氧樹脂基體中良好的相容性和分散性。根據(jù)先前的研究，納米纖維素的均勻分散和高縱橫比有助于獲得良好的結(jié)果。由于相似的極化水平，納米填料與環(huán)氧樹脂相容，這提高了納米復(fù)合材料的剛度。
比較納米填料(納米纖維素和納米二氧化硅)的類型，以找到納米復(fù)合材料的較佳機(jī)械性能。表2總結(jié)了機(jī)械性能，如沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和硬度，它們隨著納米填料的加入而提高。關(guān)于拉伸強(qiáng)度，納米纖維素比納米二氧化硅增加得更多，因?yàn)榧{米纖維素的C-C鍵比納米二氧化硅更能抑制橡膠的結(jié)晶。此外，納米纖維素的沖擊強(qiáng)度高于納米二氧化硅，可能是因?yàn)槔w維提高了抗裂紋擴(kuò)展的能力。韌性沒有明顯的變化，盡管環(huán)氧樹脂與納米二氧化硅的共混物比與納米纖維素的共混物韌性更高。二氧化硅的結(jié)合比碳碳鍵更強(qiáng)，以前納米二氧化硅的硬度比納米纖維素增加的更多。還發(fā)現(xiàn)，不管混合方法如何，具有納米二氧化硅或納米纖維素的納米復(fù)合材料的強(qiáng)度高于純環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的強(qiáng)度。比較填料負(fù)載之間的機(jī)械性能，例如沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，似乎具有0.75 phr納米纖維素的復(fù)合材料將是具有最高強(qiáng)度的較佳選擇。然而，納米纖維素作為增強(qiáng)填料比納米二氧化硅具有更好的機(jī)械性能。熒光紫外加速老化過程中的后固化進(jìn)一步提高了納米復(fù)合材料的力學(xué)性能。
3.4.納米復(fù)合材料的熱性能
3.4.1.熱重分析(TGA)
它用于研究環(huán)氧納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，圖5(a)和5(b)。熱重分析熱譜圖表明，環(huán)氧樹脂基體的熱穩(wěn)定性隨著納米填料用量在0.25、0.5、0.75和1 phr之間穩(wěn)步顯著增加。注意，TGA是在30至600℃的溫度范圍內(nèi)在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行的，而在600至900℃的溫度范圍內(nèi)在氧氣氣氛下進(jìn)行的。圖5清楚地觀察到兩個分解步驟。第一步是在氮?dú)夥障陆到猓诙绞窃谘鯕夥障路纸?。?jù)觀察，盡管圖5(a)中納米纖維素(CNC)納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性顯著提高，但所有情況下的最高降解溫度(Td)約為370℃。然而，使用0.75份CNC的情況具有較好的熱穩(wěn)定性。如圖5(b)所示，觀察到納米二氧化硅-納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性隨著納米二氧化硅負(fù)載量的增加而顯著增加，但是所有情況下的最高降解溫度都是380℃。在最后的600°C溫度下，復(fù)合材料中的填料(納米纖維素和納米二氧化硅)可能在第二步中部分分解，仍有一些殘余物殘留，其量隨著填料的增加而增加。然而，納米復(fù)合材料的整體穩(wěn)定性在很大程度上取決于交聯(lián)的性質(zhì)，納米填料將對機(jī)械性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在本研究中，環(huán)氧樹脂體系的交聯(lián)度沒有進(jìn)行評估，這將在未來進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
3.4.2.加速老化
較佳納米復(fù)合材料(100 phr環(huán)氧樹脂、5 phr ENR 50和0.75 phr納米填料)紫外加速老化前后的機(jī)械性能如圖6所示。結(jié)果顯示，根據(jù)Izod沖擊試驗(yàn)，加速老化(68、168和336小時的UV-A)降低了圖6(a)中的沖擊強(qiáng)度。然而，在加速老化后，樣品的硬度增加，并且樣品的表面呈現(xiàn)出從無色到暗黃色的明顯顏色變化。相反，納米纖維素比納米二氧化硅具有更高的沖擊強(qiáng)度。在圖6(b)中，顯示了根據(jù)先前的研究，熒光紫外加速老化提高了拉伸強(qiáng)度，而其他機(jī)械性能沒有顯著變化。評估了UV-A加速老化的效果，觀察到納米二氧化硅的變化大于納米纖維素納米填料的變化。加速老化后，納米復(fù)合材料具有良好的強(qiáng)度性能，較好的情況是UV-A處理168 h。這是由于納米填料和ENR 50的小粒徑，二者在環(huán)氧納米復(fù)合材料中具有良好的相容性和分散性。當(dāng)我們比較不同類型的納米填料時，納米纖維素比納米二氧化硅具有更高的拉伸強(qiáng)度。納米纖維素纖維的高縱橫比可有助于防止裂紋擴(kuò)展。使用ENR和納米填料的工程生物基環(huán)氧樹脂的納米復(fù)合材料方法適合對非石油基結(jié)構(gòu)材料的研究，如可生物降解、高性能和輕質(zhì)的生物納米復(fù)合材料。
在本研究中，環(huán)氧化天然橡膠在5 phr加載量下達(dá)到50%mol 水平提高了環(huán)氧納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。應(yīng)用兩種類型的納米填料進(jìn)行比較，并評估它們在加速老化前后對機(jī)械性能的影響。還研究了納米復(fù)合材料的形態(tài)和熱性能。綜合性能較佳的納米二氧化硅或納米纖維素的較佳用量為0.75份。然而，納米纖維素作為增強(qiáng)填料比納米二氧化硅具有更好的機(jī)械性能。納米填料的加入提高了熱穩(wěn)定性。該納米復(fù)合材料在加速老化后也具有良好的強(qiáng)度性能。5 phr的ENR 50水平和0.75 phr的納米纖維素是改善用于槳葉螺旋槳的環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料抗沖擊性能的共混比例的良好選擇。來自納米復(fù)合材料和農(nóng)用工業(yè)的新型可再生材料的性能是設(shè)計堅韌的生物基環(huán)氧樹脂的方法。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
