添加改性粉煤灰的环氧树脂复合材料制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子复合材料的制备方法，特别涉及一种环氧树脂复合材料的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 环氧树脂是合成树脂中的重要品种，其分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基 团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活 泼的环氧基团，使环氧树脂可以与胺类、酸酐类等多种类型的固化剂发生交联反应而形成 不溶的具有三向网状结构的高聚物，是最重要的热固性树脂之一，具有高电绝缘性、耐化学 药品性、载接性能好等优点，已被广泛应用于机械、建筑、航空、航天等领域。在电子工业中， 环氧树脂被用作电子封装材料，作为封装材料必须具有良好的尺寸稳定性、较小的固化体 积收缩率、良好的热传导性、较低的吸液率及优良的力学性能。为提高环氧树脂封装材料的 上述性能，通常可在环氧树脂中填充大量的二氧化硅粉、粉煤灰等无机粉体填料，以提高环 氧树脂的硬度、耐热性、降低环氧树脂固化过程中的收缩率。但普通的无机粉体填料表面呈 亲水性，极性强，容易吸水并可能发生团聚，如将其直接填充到封装材料中会影响体系的电 性能和力学性能。因而需对其表面进行物理或化学改性，以提高环氧树脂-无机粉体填料 复合材料的性能。
[0003] 粉煤灰是煤粉在高温燃烧后的产物，其来源一般为火力发电厂的排弃物，其价格 低廉，可作为填料加入到环氧树脂中降低环氧树脂固化过程中的收缩率，也可降低环氧树 脂的成本。粉煤灰经历了熔融、冷却等物理化学过程，其粒度较细，在〇. 1~IOym范围，表 面积大，质轻，且具有一定的活性基团，因此，粉煤灰具有较强的吸附能力。粉煤灰的主要成 分为二氧化硅、三氧化二铝等，其分子结构中存在大量Si-O和Al-O活性基团，使之能与吸 咐质发生化学键或离子结合，从而产生吸咐。
[0004] 顺丁烯二酸酐又叫马来酸酐，可与苯乙烯等单体在引发剂的作用下发生共聚合反 应，可接枝到聚丙烯等其他分子上。将具有酸酐基团的顺丁烯二酸酐和苯乙烯在一定温度 下通过球磨这种力化学的方式接枝和包覆到粉煤灰表面，然后使粉煤灰表面的酸酐基团参 与环氧树脂的固化反应的研宄目前尚未见有公开报道。粉煤灰为无机物，环氧树脂为有机 物，二者混合制成复合材料时可能出现界面粘接结合性不高的问题，因此有必要对粉煤灰 进行有机化表面改性，从而提高粉煤灰-环氧树脂的界面结合力，以改善其力学性能。
[0005] 申请号为200510038281. 0的中国专利公开了一种"环氧树脂粉煤灰复合材料板 材及成型方法"，由环氧树脂、固化剂、丙酮稀释剂和粉煤灰按照特定体积比制成环氧树脂 粉煤灰材料，浇筑在耐磨层和碳纤维层中间，制备成板材，其存在界面粘接结合性不高的问 题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种采用改性粉煤灰的环氧树脂复合材料制备方法，使制备 出的环氧树脂复合材料具有良好的力学性能和较低的成本。
[0007] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0008] -种添加改性粉煤灰的环氧树脂复合材料制备方法，其特征在于，包括下述步 骤：
[0009] (1)按质量比，粉煤灰：偶氮二异丁腈=100 : 0. 3~0. 6,将该两组分室温下研 磨混合均匀；
[0010] (2)按质量比，粉煤灰：顺丁烯二酸酐：苯乙烯=100 : (5~7) : (4~6)，将 顺丁烯二酸酐和苯乙烯加入步骤（1)的两组分混合物中，在加热条件下混合研磨，得到改 性粉煤灰；
[0011] ⑶按质量比，环氧树脂：改性粉煤灰：低分子量聚酰胺=100 : (100~ 120) : (70~80)，将该三组分混合均匀，室温下固化成型，得到添加改性粉煤灰的环氧树 脂复合材料。
[0012] 上述方案中，步骤（2)所述的加热混合研磨是在带有加热器的球磨机中完成的。 所述加热混合研磨的温度为60~70°C，加热混合研磨的时间为20~40分钟。步骤（3)所 述室温下固化成型的时间为48~72小时。
[0013] 本发明的有益效果是：
[0014] 1、本发明对粉煤灰粒子表面进行有机化改性，所制备的改性粉煤灰-环氧树脂复 合材料具有良好的力学性能；
[0015] 2.本发明制备工艺简单且易于操作，适合大规模工业化生产；
[0016] 3.本发明所使用原材料中作为填料的粉煤灰，来源为火力发电厂的排弃物，价格 低廉，使制得的环氧树脂-改性粉煤灰复合材料成本较低，且有利于减少工业废弃物对环 境的污染，既保护了环境又降低了生产中的原材料成本。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过几个实施例对本发明做进一步详细说明。本发明实施例所使用的环氧树 脂的规格牌号为E-44型，低分子量聚酰胺的规格牌号为650型。
[0018] 实施例1
[0019] -种添加改性粉煤灰的环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020] (1)将粉煤灰和偶氮二异丁腈加入到球磨机中室温下混合研磨均匀，混合研磨的 时间为15分钟，再将顺丁烯二酸酐和苯乙烯加入到球磨机中与粉煤灰和偶氮二异丁腈的 混合物在加热的条件下混合研磨反应，温度为65°C，研磨时间30分钟，得到改性粉煤灰；其 中，粉煤灰：顺丁烯二酸酐：苯乙烯：偶氮二异丁腈的质量比为100 : 6 : 5 : 0. 5 ;
[0021] (2)将环氧树脂、改性粉煤灰、低分子量聚酰胺混合均匀，室温下固化成型，时间为 60小时，得到改性粉煤灰-环氧树脂复合材料；其中，环氧树脂：改性粉煤灰：低分子量聚 酰胺的质量比为100 : 110 : 75。
[0022] 实施例2
[0023] 工艺步骤同实施例1，只是配方及工艺参数不同：粉煤灰：顺丁烯二酸酐：苯乙 烯：偶氮二异丁腈的质量比为100 : 5 : 4 : 0.3;粉煤灰和偶氮二异丁腈混合研磨的时 间10分钟，四组分加热混合研磨温