環氧網(環氧樹脂行業在線)2007年4月20日訊 環氧樹脂復合材料的制備一般要使用稀釋劑，通過對環氧樹脂/石墨微片復合導電材料的研究，可以發現稀釋劑不利于環氧樹脂復合材料獲得較低的電阻率和較好的結構性能。華僑大學材料科學與工程學院對此進行了研究，改為在恒溫箱中使環氧樹脂升溫降低粘度以分散填料，而不使用稀釋劑。據環氧樹脂行業協會專家介紹，這種制備方法有利于復合材料獲得較低的電阻率和較好的結構性能，是環氧樹脂復合導電材料的一種有意義的制備方法。
    室溫下環氧樹脂的粘度較大，當添加較多填料時難以有效地潤濕和混合，所以環氧樹脂復合材料制備一般要使用稀釋劑，以增加填料的添加量并且使填料在環氧樹脂中分散得更均勻?？蒲腥藛T在環氧樹脂/石墨微片復合導電材料的研究中，一開始也使用稀釋劑制備復合材料，但發現稀釋劑不僅增大了樣品的電阻率，而且影響了樣品的結構性能，甚至使樣品難以固化?？墒遣皇褂孟♂寗┯蛛y以有效分散石墨微片。以后的實驗結果表明，在恒溫箱中使環氧樹脂升溫降低粘度，以分散石墨微片，而不使用稀釋劑，是個非常有效的方法。環氧樹脂行業協會專家表示，這種制備方法的改變看似簡單但卻很有意義，是環氧樹脂/石墨微片復合導電材料研究中一個關鍵轉折點，它對于環氧樹脂復合導電材料研究具有較高的應用價值。
    華僑大學的研究人員所有實驗藥品包括：E-44雙酚A型環氧樹脂，無錫樹脂廠產；膨脹石墨，青島石墨股份有限公司產；乙醇、乙二胺、丙酮，均為分析純，市購。實驗過程先是石墨微片的制備：用KQ-100型超聲波清洗器作為超聲粉碎儀器，超聲介質為水-乙醇混合溶劑(乙醇體積分數約為70%)，膨脹石墨的用量為1.5g/600mL介質，處理時間50h。超聲波粉碎后石墨微片均勻分散于介質中，經過抽濾烘干置于干燥器中備用。通過掃描電子顯微鏡、激光粒度分布測試儀對石墨微片進行測定分析，發現石墨微片的平均直徑約為12ktm，平均厚度約為50nm，徑厚比約為240。然而研究人員對環氧樹脂/石墨微片復合導電材料的制備方法進行探索性實驗：選取8個樣品的環氧樹脂都為10g，先稱取石墨微片、然后加入丙酮、再稱取環氧樹脂，用玻璃棒攪拌使之混合均勻；接著在混合物中加入乙二胺迅速攪拌均勻，在室溫下(30℃左右)固化24～36h。另外選取1個樣品：先稱取石墨微片和環氧樹脂，置于電熱恒溫箱中恒溫溫度80℃，過一段時間后用玻璃棒攪拌混合均勻，然后冷卻降溫后加入乙二胺，混合均勻后在室溫下固化24～36 h。
    結果發現隨著丙酮添加量和固化劑乙二胺過剩量的增加，樣品變柔軟、粘接性變差，直至難以固化保持一糊狀。這是因為稀釋劑的存在使環氧樹脂的交聯密度降低，以及稀釋劑自身機械強度很差，所以當稀釋劑用量較大時固化物性能變壞；超過一定量時甚至會使環氧樹脂的交聯密度低至無法建立一固化結構體系，以至無法固化只為一糊狀。環氧樹脂行業協會專家認為，從中可看出相對于使用稀釋劑，環氧樹脂升溫以分散填料，對環氧樹脂復合材料的結構性能是有利的。由此對丙酮影響材料電阻率的情況作出判斷：稀釋劑丙酮的加入量對復合材料電阻率的影響，隨著丙酮的添加量不斷增大復合材料的電阻率不斷增大，丙酮的加入量較少時材料的電阻率升高的速度較慢，而丙酮的加入量較大時材料的電阻率升高的速度較快。
    丙酮的加入導致材料電阻率升高的原因在于丙酮的加入量增大，使復合體系體積增大、石墨含量相對降低，致使復合體系的電阻率升高；但這只能部分說明丙酮加入量對材料電阻率的影響，不能完全解釋實驗結果。因為材料電阻率不是隨丙酮的加入量而線性升高的，而是丙酮加入較少時電阻率升高較慢，丙酮加入較多時電阻率升高較快。這種非線性的變化正顯示了高分子復合導電材料的特點，該種材料基本上是一種網絡導電模式。環氧樹脂、石墨、乙二胺、丙酮作為一個復合體系，在環氧樹脂未發生固化時是一均勻的多相混合物。在環氧樹脂固化反應發生后，環氧樹脂和乙二胺反應逐漸形成一固化網絡，在各個局部區域丙酮與環氧樹脂、乙二胺產生分離。在丙酮量較少時丙酮處于環氧樹脂固化網絡和石墨之間，少部分地隔斷了材料的導電網絡，但由于是立體網絡導電模式，少部分地隔斷對材料整體的導電影響不大，所以材料電阻率也只是較慢地升高。在丙酮加入量較大時，與環氧樹脂固化網絡分離的丙酮，在各個局部區域被擠向各石墨微片的四周，對石墨微片形成包裹狀態，于是導電網絡被大量地切斷，所以材料的電阻率急劇上升。
    環氧樹脂/石墨微片復合導電材料的制備方法研究，發現使用稀釋劑分散填料不利于該種材料獲得較低的電阻率和較好的結構性能，而在電熱恒溫箱中使環氧樹脂升溫降低粘度以分散填料，不僅是可行的，而且有利于獲得較低的電阻率和較好的結構性能。在制備環氧樹脂復合導電材料時應盡量不用或少用稀釋劑，除了上述論及的對材料電阻率和結構性能不利外，由于稀釋劑一般沸點較低，而大部分固化劑的固化溫度都比它們的沸點高，可以想象固化的質量將是很低的。環氧樹脂行業協會專家還強調，作為導電材料在應用中可能長時間通電發熱，這時稀釋劑將可能會對結構和電性能產生較大的影響。