探测环氧胺介相的纳米结构和反应性
Suzanne Morsch1, Yanwen Liu1, Kieran Harris2
1Corrosion@Manchester, Department of Materials, The University of Manchester, Nancy Rothwell Building, Oxford Road, Manchester M13 9PL, U.K.
ACS applied materials & interfaces
|December 9, 2024
概括
控制环氧树脂相间结构是材料性能的关键. 这项研究揭示了粒子相互作用如何影响相间发展,即使在固化后,也显示了粒子周围欠发达的区域.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物化学 聚合物化学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 环氧树脂中的相间区域对于复合材料和涂层性能至关重要,但由于分析的局限性,人们对其了解甚少.
- 这些纳米级区域显著影响断裂强度和屏障特性,经常充当微观结构弱点.
研究的目的:
- 阐明了环氧胺结合剂中相间区域的形成机制.
- 研究粒子表面化学对相间结构和矩阵性质的影响.
- 将分子动力学模拟与纳米级红外化学映射相结合,以获得新的见解.
主要方法:
- 利用分子动力学 (MD) 模拟来模拟环氧胺结合剂的行为.
- 采用纳米级红外化学映射来分析相间组成.
- 使用氧化铁颗粒 (磁铁石,血石,石) 与m-xylylenediamine (MXDA) 交叉链接的双乙醇 (DGEBA) 的研究模型系统.
主要成果:
- 氨基交叉连接器和氧化铁颗粒之间的静电结合能量有显著的变化 (从排斥到强烈吸引).
- 界面结合影响了批量矩阵中的残留氨基含量,但没有导致粒子附近局部氨基耗尽.
- 在粒子附近观察到过多的未反应的环氧和氨基,导致由于制过程中的热分离而导致纳米级环境不足.
结论:
- 粒子结合剂相互作用决定了相间发展和残基矩阵特性.
- 在介相中未发生反应的前体的空间分离导致粒子周围的纳米级欠发达区域.
- 了解这些机制对于设计高性能环氧复合材料和涂料至关重要.
