SiO2/PVA復(fù)合材料的制備及表征

SiO2/PVA復(fù)合膜的制備

  將制備得到的不同 PH的 AC1830/ SiO2類流體按照PVA的0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%，10wt%先加入到一定量的蒸餾水中，在集熱式恒溫磁力攪拌器25℃中進(jìn)行溶解，溶解后，加入5gPVA,分別在40℃、60℃、80℃、90℃恒溫?cái)嚢?/span>2小時(shí)，得到SiO2/PVA混合溶液，待溶液冷卻至室溫時(shí)，將其澆注到準(zhǔn)備好的25cm×35cm的玻璃板上，去除表面氣泡，放在水平封閉的干燥鼓風(fēng)電熱干燥箱中去水成膜。

SiO2/PVA復(fù)合膜的力學(xué)性能

  SiO2改性后的薄膜拉伸強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果由表1所示，結(jié)果表明SiO2的含量為2%時(shí)達(dá)到大值，各種改性程度的大值分別為147.58MPa，162.39MPa，161.01MPa，155.36MPa，與純PVA相比，拉伸強(qiáng)度分別提高了53.3%，68.7%，67.3%，61.4%。

  圖1為各改性程度拉伸強(qiáng)度的趨勢(shì)圖，由圖可知，拉伸強(qiáng)度隨SiO2含量的增加先上升后下降，含量為2%時(shí)達(dá)到大值。根據(jù)無(wú)機(jī)納米粒子增強(qiáng)增韌聚合物機(jī)理分析，純PVA在用流延法制備過(guò)程中由于厚度的不均勻性造成了應(yīng)力集中從而誘發(fā)聚合物基體產(chǎn)生大量的銀紋，形成銀紋過(guò)程中消耗了大量的能量，拉力的進(jìn)一步作用使銀紋發(fā)展成為破壞性裂紋。而在雜化膜中，當(dāng) SiO2的含量低于2%時(shí)，粒子與粒子之間基體層的厚度會(huì)比較大，這樣大部分粒子還是以納米的尺寸分散到基體中，當(dāng)材料發(fā)生應(yīng)變產(chǎn)生銀紋甚至微裂紋時(shí)，SiO2進(jìn)入到裂紋空隙中，由于粒子的存在產(chǎn)生了應(yīng)力集中，從而使得微裂紋的發(fā)展方向發(fā)生改變，向粒子周圍的基體擴(kuò)散，從而使得周圍的基體產(chǎn)生微觀損傷，不僅如此，SiO2納米粒子還可以與聚合物的高分子鏈形成“絲狀連接結(jié)構(gòu)”，使產(chǎn)生的部分裂縫又轉(zhuǎn)化為銀紋狀態(tài)，這樣消耗了大量的能量并阻止了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，延緩了材料的破壞，使得薄膜在拉伸時(shí)能承受更多的應(yīng)變，提高了材料的強(qiáng)度和韌性。但是當(dāng)含量超過(guò)2%時(shí)，由于納米粒子的表面能高，活性很強(qiáng)，再加上粒子與粒子之間的基體層厚度減小，距離越來(lái)越近，很容易形成團(tuán)聚體，SiO2納米粒子含量過(guò)多后，團(tuán)聚體的尺寸不斷增大，當(dāng)尺寸超過(guò)裂縫體內(nèi)部空隙,納米無(wú)機(jī)粒子不能進(jìn)入裂縫內(nèi)部,使裂縫不能轉(zhuǎn)化成銀紋狀態(tài),粒子會(huì)反復(fù)空洞化形成膨脹帶使得粒子與基體發(fā)生脫離，從而在應(yīng)力作用下使裂紋過(guò)早出現(xiàn)，材料發(fā)生斷裂而使材料韌性和強(qiáng)度降低。

  通過(guò)圖1各條曲線比較還可知，用聚醚胺改性過(guò)后的SiO2/PVA薄膜比未改性的SiO2/PVA薄膜的整體拉伸強(qiáng)度要高，而且隨著SiO2含量的變化，薄膜的拉伸強(qiáng)度的變化幅度比未改性的要小，力學(xué)損失率要小。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是作為分散相的納米粒子其主要作用是引發(fā)塑料基體產(chǎn)生大量的銀紋和剪切帶,另一方面控制銀紋的擴(kuò)展。經(jīng)過(guò)表面接枝和包覆過(guò)的SiO2粒子表面具有柔性的殼層，充當(dāng)了無(wú)機(jī)填料與聚合物基體的軟結(jié)合，使得材料在受力時(shí)，柔性殼層能減緩力的集中作用，并且改性后的SiO2是一種具有液體性質(zhì)的類流體，當(dāng)與PVA混合時(shí)，液體之間的混合效果比固體和液體的共混效果要好，所以兩者的界面具有比較好的結(jié)合作用，制得的薄膜在拉伸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的銀紋和剪切帶,而且銀紋還可以被剪切帶終止,阻止其進(jìn)一步發(fā)展成為裂紋。但是未改性的SiO2粒子在PVA中僅僅只是填充的作用，在加入量少的時(shí)候，團(tuán)聚的現(xiàn)象不嚴(yán)重，由于其粒徑小，可以比較好的填補(bǔ)了由于拉伸使材料產(chǎn)生的微裂紋，從而起到了增強(qiáng)的作用。但是隨著加入量的增多，由于納米SiO2的納米效應(yīng)，SiO2極易團(tuán)聚，當(dāng)PVA薄膜拉伸時(shí)，團(tuán)聚體不能**的將裂紋向銀紋轉(zhuǎn)化，微裂紋群中的某一個(gè)長(zhǎng)度大的裂紋會(huì)在拉應(yīng)力的作用下繼續(xù)擴(kuò)展，由這根裂紋的發(fā)展產(chǎn)生破壞，使得材料提前發(fā)生破壞，因此未改性 SiO2/PVA拉伸強(qiáng)度隨著SiO2的加入量增加，力學(xué)性能的下降速率很快。

  通過(guò)對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)處理后的納米SiO2與聚合物基體之間的界面有更良好的結(jié)合，從而較大幅度的提高材料的力學(xué)性能。

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