[发明专利]一种环氧/有机硅聚合物复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种环氧/有机硅聚合物复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物纳米复合材料兼具有有机材料的可加工性和无机材料的功能性与结构特性，成为现今世界的热点。这一类材料是结构复合材料中的主体。在纳米材料复合与制备过程中，纳米粒子通过自组装可以在聚合物基体材料中形成纳/微米多级结构。通过外掺入微米粒子和纳米粒子也可直接制备纳/微米结构复合材料。纳/微米微观粗糙结构表面容易被外力破坏，表现为接触角滞后增大，滚动角减小，水滴在表面粘附。因此复合材料的表面强度是保持其疏水超疏水性能的重要参数。

有机聚硅氧烷是一类低表面能疏水材料，但是，有机聚硅氧烷内聚强度低、粘附力弱，通常要加入偶联剂改性后的白炭黑进行补强来提高粘接强度和内聚强度，同时要对粘接面的表面处理来提高粘接强度，这样操作很不方便。有机硅树脂以Si-O-Si为主链，硅树脂中T链节（RSiO_3/2）或Q链节（SiO₂）是其中的必需成份，硅原子上连接有机基团的交联型半无机高聚物，具有优异的耐热性及耐候性，兼具优良的电绝缘性、耐化学药品性、憎水性及阻燃性。纳米MQ硅树脂是由单官能团（M基团）有机硅氧烷封闭链节R₃SiO_1/2和四官能团（Q基团）有机硅氧烷链节SiO₂进行水解缩合而成的性能特殊的纳米尺寸有机硅树脂材料，为双层结构紧密球状体，其中球芯为Si-O链连接，密度较高，聚合度为15～50的笼状SiO₂，球壳为密度较低的R₃SiO_1/2层，其摩尔质量一般为1000～8000g/mol。目前国内已工业化规模生产的纳米MQ硅树脂主要为甲基MQ硅树脂、乙烯基甲基MQ硅树脂和含氢甲基MQ硅树脂，分子内除含有甲基外，还可能含有乙烯基、羟基、烷氧基或硅氢基。但是这些有机硅聚合物的粘接性和力学强度仍达不到较高要求。

环氧树脂具有优良的机械性能、电气性能、粘接性能、耐热性、耐溶剂性、防腐蚀性以及易成型加工、成本低廉等优点，但其表面能较高、内应力较大、发脆、高温下易降解、易受水影响，很少单独使用。环氧树脂/有机硅复合材料是近年来迅速发展起来的既能降低环氧树脂内应力，又能增加环氧树脂韧性、耐高温性等性能的有效途径。目前环氧树脂/有机硅复合材料的制备方法有共混与共聚两类。相容性问题是环氧树脂/有机硅的关键所在。

环氧树脂与有机硅聚合物的容度参数相差较大，两者的相容性差。如果改性时只是简单的把二者混合在一起，由于两相界面张力大，呈多相分离结构甚至发生宏观相分离，改性的效果就差，因此多采用增加含相容基团的过渡相的方法来改善二者的相容性。聚甲基苯基硅氧烷含有的苯基及端环氧基聚二甲基硅氧烷含有的环氧基与环氧树脂相容，是常用的两种改性材料。但两者价格高昂，特别是高苯基含量的聚甲基苯基硅氧烷每公斤价格在几百至上千元，应用极为有限，难以大规模使用。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种环氧/有机硅聚合物复合材料。

本发明的另一目的在于提供所述的环氧/有机硅聚合物复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述的环氧/有机硅聚合物复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种环氧/有机硅聚合物复合材料，包括以下按重量份数计的组分：5～500份芳烷基甲基聚硅氧烷、100份环氧树脂、10～200份MQ硅树脂、0～5份催化剂和10～100份固化剂；

所述的芳烷基甲基聚硅氧烷为苯乙基甲基聚硅氧烷、苯乙基甲基含氢聚硅氧烷、取代苯乙基甲基聚硅氧烷或取代苯乙基甲基含氢聚硅氧烷；

所述的芳烷基甲基聚硅氧烷优选为苯乙基甲基含氢聚硅氧烷、苯乙基甲基聚硅氧烷、对甲基-苯乙基甲基含氢聚硅氧烷和α-甲基苯乙基甲基含氢聚硅氧烷中的一种或两种混合物；

所述的环氧树脂优选为芳香族环氧树脂、脂环族环氧树脂、脂肪族环氧树脂和丙烯酸环氧树脂中的一种或两种混合物；

所述的芳香族环氧树脂优选为E-51双酚A型环氧树脂、E-44双酚A型环氧树脂或苄基缩水甘油醚；

所述的脂环族环氧树脂优选为二氧化双环戊二烯、氢化双酚A环氧树脂或4-乙烯基环氧环己烷；

所述的脂肪族环氧树脂优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯；

所述的MQ硅树脂优选为由M基团有机硅单体和Q基团有机硅单体按摩尔比0.5～1.5：1进行水解缩合而成的纳米有机硅树脂材料；