《表1 纯环氧树脂及环氧树脂/粘土纳米复合材料的拉伸和热机械性能》

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《反应型有机修饰剂对环氧树脂/粘土纳米复合材料热/机械性能的影响》

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图6给出了纯环氧树脂及添加了两种有机化粘土的环氧树脂纳米复合材料的应力-应变曲线，对应的拉伸试验结果汇总于表1中。可以看出，两种有机化粘土的加入都使环氧树脂的力学性能显著提高。有机粘土的质量分数为1%～3%，拉伸强度和拉伸模量都随粘土含量的提高而提高。这可归因于带有环氧基团的修饰剂参与了固化反应，在粘土片层与环氧树脂基体之间构建了较强的界面作用力。相比而言，E-Clay则能更有效地提高环氧树脂的力学性能。可以看到，E-Clay增强环氧树脂的拉伸强度均明显高于同等质量分数B-Clay改性的环氧树脂的效果。质量分数为3%时B-Clay使环氧树脂的拉伸强度由18.36 MPa提高到28.00 MPa，提高了近53%；而E-Clay使拉伸强度提高到32.40 MPa，提高了76%。这表明，虽然两种反应型粘土都能参与固化反应，但是带有羟基的E-Clay在环氧树脂基体中分散更均匀，且剥离程度更高，使粘土片层上的反应型官能团有更多的机会参与固化反应，从而更有效地在界面形成化学键；另外，E-Clay上带有的羟基也有可能与环氧树脂上的羟基形成氢键，有助于加强界面作用力。这个结果表明：粘土有机修饰剂的反应能力不仅取决于自身的官能团的反应性，还受到其在聚合物基体中的分散及剥离状态影响。只有在粘土片层在聚合物基体中均匀分散并且高度无规剥离的情况下，反应性修饰剂才有机会参与固化反应或者与聚合物官能团反应，进而在粘土片层与聚合物基体间构建较强的界面作用力。