CN105778420A - 一种环氧树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环氧树脂基复合材料及其制备方法，环氧树脂基复合材料包括环氧树脂基体、以及均匀分散于所述环氧树脂基体中的聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，所述聚苯乙烯空心球的含量为所述环氧树脂基体的4.0vol.％～32.0vol.％，所述聚乙二醇的含量为所述环氧树脂基体的2.0wt.％～10.0wt.％。通过本发明，制备了一种具有良好的力学性能和隔音性能的环氧树脂基复合材料，且该环氧树脂基复合材料的制备方法步骤简单、反应条件温和、适合工业大规模生产，具有良好的工业前景和应用前景。

Description

一种环氧树脂基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，更具体地，涉及一种环氧树脂基复合材料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂以其优良的电绝缘、机械、粘接性能，及耐化学腐蚀等特性被广泛应用于建筑材料、电器材料、电子封装材料、胶黏剂等诸多领域。但环氧树脂并不具备阻尼功能，且其固化产物性脆、抗冲击性能差、易开裂等缺陷限制了环氧树脂高端应用。因此，增韧改性及功能化是环氧树脂改性的必然选择；高强韧性、高阻尼的结构材料成为减振、降噪领域的迫切需求。
其中，树脂基复合泡沫材料是指以聚合物为粘结剂基体，向其中填充材料混合、成型、固化而制备的一种泡沫材料，具有抗压强度高、密度低、吸水率低、耐腐蚀、绝缘、隔热、阻燃、隔音等诸多优良品质和良好的机械加工性能，已在航天、海洋、国防等众多领域中得到了广泛的应用，受到人们广泛关注和重视。例如，专利文献CN101230256B公开了一种聚乙二醇与环氧树脂定形复合相变材料的制备方法，通过在环氧树脂中添加聚乙二醇而提高材料的蓄热性能，然而该材料的力学性能和隔音性能仍不理想，难以满足多种场合的需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种环氧树脂基复合材料及其制备方法，其目的在于通过在环氧树脂中加入聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，由此解决现有的环氧树脂基复合材料强度、韧性不佳，阻尼效果不好的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种环氧树脂基复合材料，包括环氧树脂基体、以及均匀分散于所述环氧树脂基体中的聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，所述聚苯乙烯空心球的含量为所述环氧树脂基体的4.0vol.％～32.0vol.％，所述聚乙二醇的含量为所述环氧树脂基体的2.0wt.％～10.0wt.％。
优选地，所述聚苯乙烯空心球的直径为500nm～600nm，壁厚为50～100nm，密度约为0.13g/cm3。
优选地，所述聚苯乙烯空心球表面修饰有羧基基团，该羧基基团有利于提高其与环氧树脂基体的相互作用，提高了其与环氧树脂基体的相容性，使其不易于环氧树脂基剥离。
优选地，所述聚乙二醇的平均分子量为600～4000。
作为进一步优选地，所述聚乙二醇的平均分子量为600。
优选地，所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3，所述固化剂的含量为环氧树脂的40wt.％～90wt.％，所述固化促进剂的含量为环氧树脂的1wt.％～6wt.％。
作为进一步优选地，所述固化剂为酸酐类固化剂；所述固化促进剂为咪唑类固化剂促进剂。
作为更进一步优选地，所述固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐中的一种或多种；所述固化促进剂为2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或多种。
作为进一步优选地，所述环氧树脂为双酚A型或者双酚F型环氧树脂。
作为更进一步优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚苯乙烯空心球和聚乙二醇加入到环氧树脂中，并使其均匀分散获得分散体系；
(2)向步骤(1)中获得的分散体系中加入固化剂和固化促进剂，进一步混合均匀并脱除气泡，获得复合分散体系；
(3)将步骤(2)获得的复合分散体系升温到50℃～70℃，固化后获得所述环氧树脂基复合材料。
优选地，所述步骤(1)中均匀混合的方法为：在40℃～70℃下，先利用600r/min～2000r/min高速机械搅拌0.5h～2h，然后超声分散0.5h～2h。
优选地，所述步骤(2)中混合均匀的方法具体为：以1200r/min～1600r/min搅拌2min～10min并脱除气泡，获得复合分散体系；
优选地，所述步骤(2)中脱除气泡的方法具体为：以2000r/min～2400r/min搅拌1min～10min。
优选地，所述步骤(3)中固化的具体方法为：先在50℃～80℃下固化1h～3h，再在100℃～120℃下固化3h～10h。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)由于聚苯乙烯空心球具有超高交联、低密度，且在环氧树脂基体中均匀分散，因而少量的聚苯乙烯空心球能较大幅度地提高环氧树脂基复合材料的力学性能；
(2)聚乙二醇能有效地增韧环氧树脂，同时起到增容的作用，提高聚苯乙烯空心球与环氧树脂基体的相容性，同时也提高了环氧树脂基复合材料的力学性能；
(3)通过选择不同类型的环氧树脂、调整聚乙二醇的比例和聚乙二醇的相对分子质量，以及调整聚苯乙烯空心球含量，可以使得所述复合材料具有不同的加工性能、力学性能与声阻抗性能，以满足不同的需求；
(4)聚苯乙烯空心球表面可修饰羧基，以提高其与环氧树脂基体的相互作用，改善了其在环氧树脂基体中的分散性，能更有效地发挥出其增强增韧及阻尼的效能；
(5)该环氧树脂基复合材料的拉伸强度达到32.35MPa～47.64MPa，弯曲模量达到3.84GPa～4.32GPa，3mm厚度下的隔音量达到了47.1dB～55.7dB，具有良好的力学性能和隔音性能；可用于建筑用隔音材料等结构材料；
6)该环氧树脂基复合材料的制备方法，步骤简单、反应条件温和，适合工业大规模生产。
附图说明
图1是实施例1所用的聚苯乙烯空心球透射电镜照片；
图2是实施例1制得的环氧树脂基复合材料的脆断断面扫描电镜照片；
图3是实施例2制得的环氧树脂基复合材料的脆断断面扫描电镜照片；
图4是实施例3制得的环氧树脂基复合材料的脆断断面扫描电镜照片；
图5是实施例4制得的环氧树脂基复合材料的脆断断面扫描电镜照片；
图6是实施例5制得的环氧树脂基复合材料的脆断断面扫描电镜照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种环氧树脂基复合材料，包括环氧树脂基体、以及均匀分散于所述环氧树脂基体中的聚苯乙烯空心球和聚乙二醇；其中，所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，所述固化剂的含量为环氧树脂的40wt.％～90wt.％，所述固化促进剂的含量为环氧树脂的1wt.％～6wt.％，所述环氧树脂基体的密度约为1.18g/cm3；所述聚苯乙烯空心球的含量为所述环氧树脂基体的4.0vol.％～32.0vol.％，所述聚乙二醇的含量为所述环氧树脂基体的2.0wt.％～10.0wt.％；
所述聚苯乙烯空心球的直径为500nm～600nm，壁厚为50～100nm，密度约为0.13g/cm3，其表面可修饰有羧基基团，以提高其与环氧树脂基体的相容性，使其不易于环氧树脂基体剥离；聚苯乙烯空心球的添加量低于环氧树脂基体的4.0vol.％时，复合材料的隔音性能改善不明显，添加量高于32.0vol.％时，聚苯乙烯空心球会在环氧树脂基体中大量聚合，难以分散均匀；
所述聚乙二醇的平均分子量为600～4000，由于聚乙二醇平均分子量增大时，复合材料的声阻性提高较小，而力学性能会受到明显影响，因此平均分子量优选为600；
所述环氧树脂可选用双酚A型或者双酚F型环氧树脂，并优选为双酚A型环氧树脂；其中，双酚A型环氧树脂固化时基本上不产生小分子挥发物，可低压成型，固化物有很高的强度和粘接强度，较高的耐腐蚀性和电性能，良好的耐化学药品型以及电气绝缘性能，主要用于层压板、电子浇筑、灌封、包装等领域；所述双酚F型环氧树脂粘度低，且不易结晶，固化反应活性与双酚A型相当，但其固化物热形变温度低于双酚A型，主要应用于自然条件下的土木和建筑。
所述固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐等酸酐类固化剂；所述固化促进剂为2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑类固化剂促进剂。
该环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和环氧树脂的体积比或质量比，将聚苯乙烯空心球和聚乙二醇加入到环氧树脂中，在40℃～70℃下，先用600r/min～2000r/min高速机械搅拌0.5h～2h，使密度较小的聚苯乙烯空心球在环氧树脂中粗略分散，然后超声分散0.5h～2h，使三者均匀分散获得分散体系；如果不进行机械搅拌而直接超声，聚苯乙烯空心球会大量浮在环氧树脂表面而难以混匀；
(2)按照固化剂、固化促进剂与环氧树脂的质量比，向步骤(1)中获得的分散体系中加入固化剂和固化促进剂，先以1200r/min～1600r/min搅拌2min～10min使其混合均匀，再以2000r/min～2400r/min搅拌1min～10min脱除气泡，，获得复合分散体系；
(3)将步骤(2)所得的含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到50℃～70℃，然后浇铸到模具中，先在0℃～80℃下1h～3h使其初步固化，再在100℃～120℃下固化3h～10h使其完全定型，获得所述环氧树脂基复合材料。
本发明提供的环氧树脂基复合材料是一种高力学性能、高声阻抗特性的复合材料，可用于力学结构材料以及建筑隔音材料等领域。
以下为实施例：
实施例1
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的4.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团，将其分散于乙醇中，采用透射电镜观察形貌，结果如图1所示；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。
所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将14.3g聚乙二醇和0.72g聚苯乙烯空心球加入到80g环氧树脂中，40℃，以2000转/分钟转速高速搅拌0.5小时；然后50℃、200瓦超声波分散0.5小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的78wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.8克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的1wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌2分钟；2000转/分钟脱泡1分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到50℃后浇铸到模具中；并在50℃、100℃下分别固化2小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
将得到的环氧树脂基复合材料脆断后，采用扫描电镜观察聚苯乙烯空心球在环氧树脂基体中的分散情况，结果见图2。
将得到的环氧树脂基复合材料采用GB/T1040-2006、GB/T9341-2008、GB/T50121-2005标准分别测试拉伸强度、弯曲模量和隔音性能，结果见表1。
实施例2
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的8.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.3克和聚苯乙烯空心球1.51克加入到环氧树脂80g中，50℃，以1900转/分钟转速高速搅拌1小时；然后60℃、200瓦超声波分散1小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基六氢邻苯二甲酸酐与环氧树脂的比为78g/100g)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.8克(2-乙基-4-甲基咪唑与环氧树脂的比为1g/100g)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌3分钟；2000转/分钟脱泡2分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到60℃后浇铸到模具中；并在60℃、100℃下分别固化2小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
将得到的环氧树脂基复合材料脆断后，采用扫描电镜观察聚苯乙烯空心球在环氧树脂基体中的分散情况，结果见图3。
将得到的环氧树脂基复合材料采用GB/T1040-2006、GB/T9341-2008、GB/T50121-2005标准分别测试拉伸强度、弯曲模量和隔音性能，结果见表1。
实施例3
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球分散于环氧树脂中，其添加量为环氧树脂基体的16.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.3克和聚苯乙烯空心球3.31克加入到环氧树脂80g中，60℃，以1600转/分钟转速高速搅拌1小时；然后70℃、200瓦超声波分散1小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的78wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.8克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的1wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1200转/分钟搅拌4分钟；2400转/分钟脱泡4分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到60℃后浇铸到模具中；并在60℃、100℃下分别固化2小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
将得到的环氧树脂基复合材料脆断后，采用扫描电镜观察聚苯乙烯空心球在环氧树脂基体中的分散情况，结果见图4。
将得到的环氧树脂基复合材料采用GB/T1040-2006、GB/T9341-2008、GB/T50121-2005标准分别测试拉伸强度、弯曲模量和隔音性能，结果见表1。
实施例4
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的24.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.3克和聚苯乙烯空心球5.48克加入到环氧树脂80g中，70℃，以2000转/分钟转速高速搅拌0.5小时；然后60℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的78wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.8克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的1wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌10分钟；2400转/分钟脱泡10分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到50℃后浇铸到模具中；并在50℃、100℃下分别固化2小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
将得到的环氧树脂基复合材料脆断后，采用扫描电镜观察聚苯乙烯空心球在环氧树脂基体中的分散情况，结果见图5。
将得到的环氧树脂基复合材料采用GB/T1040-2006、GB/T9341-2008、GB/T50121-2005标准分别测试拉伸强度、弯曲模量和隔音性能，结果见表1。
实施例5
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的32.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.3克和聚苯乙烯空心球8.17克加入到环氧树脂80g中，60℃，以2000转/分钟转速高速搅拌2小时；然后60℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的78wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.8克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的1wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌6分钟；2000转/分钟脱泡6分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到60℃后浇铸到模具中；并在60℃、110℃下分别固化2小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
将得到的环氧树脂基复合材料脆断后，采用扫描电镜观察聚苯乙烯空心球在环氧树脂基体中的分散情况，结果见图6。
将得到的环氧树脂基复合材料采用GB/T1040-2006、GB/T9341-2008、GB/T50121-2005标准分别测试拉伸强度、弯曲模量和隔音性能，结果见表1。
实施例6
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-45双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的16.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的8.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚约为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-1000；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇8.96克和聚苯乙烯空心球2.55克加入到环氧树脂80g中，70℃，以600转/分钟转速高速搅拌2小时；然后60℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐32克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的的40wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.8克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的1wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌8分钟；2400转/分钟脱泡6分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到50℃后浇铸到模具中；并在50℃、120℃下分别固化1小时、10小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例7
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-45双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的24.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的5.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-4000；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇7.72克和聚苯乙烯空心球5.64克加入到环氧树脂80g中，40℃，以600转/分钟转速高速搅拌2小时；然后60℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐72克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的90wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑2.4克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的3wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1400转/分钟搅拌2分钟；2200转/分钟脱泡1分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到70℃后浇铸到模具中；并在70℃、120℃下分别固化2小时、4小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例8
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和NPEF-170双酚F型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的16.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的2.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇2.80克和聚苯乙烯空心球3.00克加入到环氧树脂80g中，60℃，以1200转/分钟转速高速搅拌0.5小时；然后60℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐56克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的70wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑4.0克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的5wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌3分钟；2000转/分钟脱泡4分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到70℃后浇铸到模具中；并在70℃、120℃下分别固化2小时、4小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例9
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的32.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-4000；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.3克和聚苯乙烯空心球8.17克加入到环氧树脂80g中，60℃，以1600转/分钟转速高速搅拌0.5小时；然后50℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的78wt.％)，加入固化促进剂2-乙基咪唑0.8克(2-乙基咪唑添加量为环氧树脂的1wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌8分钟；2000转/分钟脱泡8分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到70℃后浇铸到模具中；并在80℃、120℃下分别固化3小时、3小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例10
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-42双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的4.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.9克和聚苯乙烯空心球0.68克加入到环氧树脂80g中，60℃，以1600转/分钟转速高速搅拌0.5小时；然后50℃、200瓦超声波分散1小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐64克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的80wt.％)，加入固化促进剂2-乙基咪唑4.8克(2-乙基咪唑添加量为环氧树脂的6wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌3分钟；2000转/分钟脱泡1分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到70℃后浇铸到模具中；
(4)在80℃、100℃下分别固化3小时、3小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例11
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和YDF-165双酚F型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的8.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-1000；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇12.4克和聚苯乙烯空心球1.19克加入到环氧树脂80g中，60℃，以1500转/分钟转速高速搅拌0.5小时；然后50℃、200瓦超声波分散1小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐40克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的50wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑4克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的5wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1200转/分钟搅拌5分钟；2400转/分钟脱泡5分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到50℃后浇铸到模具中；
(4)在50℃、120℃下分别固化3小时、4小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例12
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-44双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的20.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-4000；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.2克和聚苯乙烯空心球3.92克加入到环氧树脂80g中，60℃，以1000转/分钟转速高速搅拌2小时；然后60℃、200瓦超声波分散1小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基六氢邻苯二甲酸酐60克(甲基六氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的的75wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑2.4克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为与环氧树脂的3wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌2分钟；2000转/分钟脱泡4分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到60℃后浇铸到模具中；
(4)在60℃、120℃下分别固化2小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例13
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-51双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的24.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的5.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇7.72克和聚苯乙烯空心球5.64克加入到环氧树脂80g中，40℃，以600转/分钟转速高速搅拌2小时；然后60℃、200瓦超声波分散2小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐72克(甲基四氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的90wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑2.4克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的3wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌2分钟；2000转/分钟脱泡1分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到60℃后浇铸到模具中；
(4)在60℃、120℃下分别固化2小时、6小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
实施例14
一种环氧树脂基复合材料，包括聚苯乙烯空心球、聚乙二醇和E-45双酚A型环氧树脂，所述聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，均匀分散于环氧树脂中，所述聚苯乙烯空心球的添加量为环氧树脂基体的32.0vol.％，聚乙二醇的添加量为环氧树脂基体的10.0wt.％。所述聚苯乙烯空心球外径为500nm～600nm不等，壁厚为50nm～100nm不等，密度约为0.13g/cm3，所述聚苯乙烯空心球表面含有羧基基团；所述聚乙二醇为PEG-600；所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，密度约为1.18g/cm3。所述环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇14.4克和聚苯乙烯空心球7.47克加入到环氧树脂80g中，60℃，以600转/分钟转速高速搅拌2小时；然后60℃、200瓦超声波分散1小时，形成环氧树脂-聚苯乙烯空心球-聚乙二醇均匀分散体系；
(2)向步骤(1)制备的均匀分散体系中加入固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐62.4克(甲基四氢邻苯二甲酸酐添加量为环氧树脂的78wt.％)，加入固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑1.6克(2-乙基-4-甲基咪唑添加量为环氧树脂的2wt.％)，在自转-公转搅拌机上，1600转/分钟搅拌4分钟；2000转/分钟脱泡4分钟；得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系；
(3)将步骤(1)所得到含固化剂和固化促进剂的环氧树脂-聚苯乙烯空心球复合分散体系升温到60℃后浇铸到模具中；
(4)在80℃、110℃下分别固化3小时、5小时，即制得所述环氧树脂基复合材料。
表1本发明的复合材料与纯环氧树脂性能对比
注：1)对比材料1为纯E-44双酚A型环氧树脂固化样品，固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐，添加量为环氧树脂的78wt.％，固化促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，添加量为环氧树脂的1wt.％。
2)隔音测试中所用样品厚度为3mm。
随着聚苯乙烯空心球含量的增加，该复合材料的隔音性能越来越好，其拉伸强度和弯曲模量也都有所增加，因而适用于需要严密隔音的装置中；然而，如果继续增大聚苯乙烯空心球的添加量，聚苯乙烯空心球会在环氧树脂中大量聚集，很难分散均匀，对复合材料的隔音性能不会有太明显的提高。
对实施例6-实施例14进行测试，也可获得类似的结果。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环氧树脂基复合材料，其特征在于，包括环氧树脂基体、以及均匀分散于所述环氧树脂基体中的聚苯乙烯空心球和聚乙二醇，所述聚苯乙烯空心球的含量为所述环氧树脂基体的4.0vol.％～32.0vol.％，所述聚乙二醇的含量为所述环氧树脂基体的2.0wt.％～10.0wt.％。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚苯乙烯空心球的直径为500nm～600nm，壁厚为50nm～100nm。
3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚苯乙烯空心球表面修饰有羧基基团。
4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述环氧树脂基体由环氧树脂、固化剂以及固化促进剂组成，所述固化剂的含量为环氧树脂的40wt.％～90wt.％，所述固化促进剂的含量为环氧树脂的1wt.％～6wt.％。
5.如权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型或者双酚F型环氧树脂。
6.如权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述固化剂为酸酐类固化剂，所述固化促进剂为咪唑类固化剂促进剂。
7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚苯乙烯空心球和聚乙二醇加入到环氧树脂中，并使其均匀分散获得分散体系；
(2)向步骤(1)中获得的分散体系中加入固化剂和固化促进剂，进一步混合均匀并脱除气泡，获得复合分散体系；
(3)将步骤(2)获得的复合分散体系升温到50℃～70℃，固化后获得所述环氧树脂基复合材料。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中均匀混合的方法具体为：在40℃～70℃下，先用600r/min～2000r/min高速机械搅拌0.5h～2h，然后超声分散0.5h～2h。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：向步骤(1)中获得的分散体系中加入固化剂和固化促进剂，先以1200r/min～1600r/min搅拌2min～10min使其混合均匀，再以2000r/min～2400r/min搅拌1min～10min脱除气泡，获得复合分散体系。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中固化的具体方法为：先在50℃～80℃以下固化1h～3h，再在100℃～120℃下固化3h～10h。
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