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圖2為二氧化硅球形化前后的SEM照片。由圖2可以看出，球形化前二氧化硅呈不規(guī)則角形，球形化后二氧化硅粉體趨于球形，表面光滑，球形化率達到95%以上，粉體流動度有明顯的提高。
圖3為不同球形二氧化硅含量復合材料的TG曲線。從圖3可以看出，相對于純環(huán)氧樹脂，加入二氧化硅后，固化物的耐熱性能有了明顯的提高，二氧化硅含量30%時達到最大值340℃。這是因為二氧化硅的加入使得復合材料結構致密，交聯(lián)密度增大，無機粉體對環(huán)氧樹脂受熱分解時分子的運動有明顯阻礙作用，延緩了環(huán)氧樹脂固化物的熱分解，提高了復合材料的熱穩(wěn)定性[4]。隨著二氧化硅含量的進一步提高，復合材料交聯(lián)密度下降，粉體顆粒相互碰撞產生團聚，導致應力集中，熱穩(wěn)定性能降低。
2.2.2熱膨脹系數(shù)
本實驗采用火焰法制備的球形二氧化硅原料為熔融體，非晶度達到80%以上，具有較低的線膨脹系數(shù)(0.5×10-6/K)[5]，這導致球化后二氧化硅/環(huán)氧樹脂復合材料線膨脹系數(shù)明顯低于球化前復合材料膨脹系數(shù)(圖4)。另外，從圖4可以看出，二氧化硅的加入降低了其熱膨脹系數(shù)，二氧化硅用量為30%時膨脹系數(shù)略有上升，這是由于二氧化硅用量提高，其粉末分布不均勻，出現(xiàn)部分團聚，不利于復合材料線膨脹系數(shù)的進一步降低[6]。當二氧化硅用量進一步加大時，粉體高含量彌補了團聚造成的影響，導致膨脹系數(shù)降低。
表1為二氧化硅球形化前后澆注體黏度和力學性能對比。從表1可以看出，相同添加量(50%)二氧化硅，球形化后澆注體系黏度從1.560Pa?s降至1.072Pa?s，球形化后二氧化硅表面光滑，本身流動性較好，球形粒子產生的阻力小[8]“，滾珠效應”明顯，從而降低體系初始黏度，可以提高二氧化硅粉體的最終添加量[9]。同時，球形化后二氧化硅與環(huán)氧樹脂浸潤性好，有效緩解了填料與樹脂基體界面應力集中現(xiàn)象，使得澆注體沖擊強度和彎曲強度得到了提高[10]。
3結論
(1)通過氧氣-乙炔火焰法制備非晶化程度和球形度高、熱膨脹系數(shù)低的球形二氧化硅。
(2)以球形化前后二氧化硅為填料，采用機械攪拌-超聲分散法制備出二氧化硅/環(huán)氧樹脂復合材料。隨著球形二氧化硅含量的提高，復合材料熱分解性能呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當其用量為30%時，復合材料熱分解溫度達到最大值340℃。
(3)二氧化硅的加入明顯降低了環(huán)氧樹脂的線膨脹系數(shù)，球形化后二氧化硅/環(huán)氧樹脂復合材料熱膨脹系數(shù)低于球形化前二氧化硅/環(huán)氧樹脂復合材料的熱膨脹系數(shù)。與此同時，球形化后二氧化硅/環(huán)氧樹脂澆注體系初始黏度降低，沖擊性能和彎曲性能有不同程度的提高。
參考文獻：略
