SiO2/PVA復合材料的制備及表征

SiO2/PVA復合膜的制備

  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℃中進行溶解，溶解后，加入5gPVA,分別在40℃、60℃、80℃、90℃恒溫攪拌2小時，得到SiO2/PVA混合溶液，待溶液冷卻至室溫時，將其澆注到準備好的25cm×35cm的玻璃板上，去除表面氣泡，放在水平封閉的干燥鼓風電熱干燥箱中去水成膜。

SiO2/PVA復合膜的力學性能

  SiO2改性后的薄膜拉伸強度測試結果由表1所示，結果表明SiO2的含量為2%時達到大值，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度的趨勢圖，由圖可知，拉伸強度隨SiO2含量的增加先上升后下降，含量為2%時達到大值。根據(jù)無機納米粒子增強增韌聚合物機理分析，純PVA在用流延法制備過程中由于厚度的不均勻性造成了應力集中從而誘發(fā)聚合物基體產(chǎn)生大量的銀紋，形成銀紋過程中消耗了大量的能量，拉力的進一步作用使銀紋發(fā)展成為破壞性裂紋。而在雜化膜中，當 SiO2的含量低于2%時，粒子與粒子之間基體層的厚度會比較大，這樣大部分粒子還是以納米的尺寸分散到基體中，當材料發(fā)生應變產(chǎn)生銀紋甚至微裂紋時，SiO2進入到裂紋空隙中，由于粒子的存在產(chǎn)生了應力集中，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“絲狀連接結構”，使產(chǎn)生的部分裂縫又轉化為銀紋狀態(tài)，這樣消耗了大量的能量并阻止了裂縫的進一步擴展，延緩了材料的破壞，使得薄膜在拉伸時能承受更多的應變，提高了材料的強度和韌性。但是當含量超過2%時，由于納米粒子的表面能高，活性很強，再加上粒子與粒子之間的基體層厚度減小，距離越來越近，很容易形成團聚體，SiO2納米粒子含量過多后，團聚體的尺寸不斷增大，當尺寸超過裂縫體內部空隙,納米無機粒子不能進入裂縫內部,使裂縫不能轉化成銀紋狀態(tài),粒子會反復空洞化形成膨脹帶使得粒子與基體發(fā)生脫離，從而在應力作用下使裂紋過早出現(xiàn)，材料發(fā)生斷裂而使材料韌性和強度降低。

  通過圖1各條曲線比較還可知，用聚醚胺改性過后的SiO2/PVA薄膜比未改性的SiO2/PVA薄膜的整體拉伸強度要高，而且隨著SiO2含量的變化，薄膜的拉伸強度的變化幅度比未改性的要小，力學損失率要小。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展。經(jīng)過表面接枝和包覆過的SiO2粒子表面具有柔性的殼層，充當了無機填料與聚合物基體的軟結合，使得材料在受力時，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的類流體，當與PVA混合時，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合作用，制得的薄膜在拉伸時會產(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，在加入量少的時候，團聚的現(xiàn)象不嚴重，由于其粒徑小，可以比較好的填補了由于拉伸使材料產(chǎn)生的微裂紋，從而起到了增強的作用。但是隨著加入量的增多，由于納米SiO2的納米效應，SiO2極易團聚，當PVA薄膜拉伸時，團聚體不能**的將裂紋向銀紋轉化，微裂紋群中的某一個長度大的裂紋會在拉應力的作用下繼續(xù)擴展，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拉伸強度隨著SiO2的加入量增加，力學性能的下降速率很快。

  通過對復合薄膜進行力學性能測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后的納米SiO2與聚合物基體之間的界面有更良好的結合，從而較大幅度的提高材料的力學性能。

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