纳米氧化锡-EE51抗静电剂对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料表面电阻影响的研究

纳米氧化锡-EE51抗静电剂对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料表面电阻影响的研究

邓建鹏胥兴岭张海东

山东北方现代化学工业有限公司山东省济南市250033

摘要：以纳米氧化锡-EE51抗静电剂添加到玻璃纤维增强环氧树脂复合材料（以下简称复合材料），通过测定复合材料表面电阻数值，对影响表面电阻的几个主要因素进行了研究。结果表明，纳米氧化锡--EE51抗静电剂协同抗静电效果显著，氧化锡用量为7-8份，EE51抗静电剂用量为2-3份，效果最佳。

关键词：纳米氧化锡；EE51抗静电剂；玻璃纤维；环氧树脂；表面电阻

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子聚合物。其常温下为液态，在固化剂的参与下，经过常温或者高温进行固化反应形成三维交联网络结构后，呈现出一系列优异的性能，从而具有卓越的使用价值（1）。环氧树脂经过玻璃纤维增强后具有优异的力学性能，轻质高强，比强度及比模量高，同时该材料还具有介表面电阻良好，耐表面漏电、耐电弧等优点，因而被广泛应用于国防、军工、及国民经济各部门。随着现代武器的发展及该材料所具有的独特性能，它经常被用作各种武器的发射筒，但由于该材料的表面电阻率在1016～1020Ω，难以消除武器在组装、运输、维护和发射过程中产生的静电，对武器系统的性能和作战人员的安全造成很大的危害。本文通过研究纳米氧化锡-EE51抗静电剂对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料表面电阻的影响（以下简称复合材料），并通过实验摸索出了纳米氧化锡，EE51抗静电剂的用量以及分散时间对复合材料的表面电阻的影响规律，并使复合材料的表面电阻降低到108Ω，为提高武器装备的产品质量打下了良好的基础。

1．实验部分

1.1原材料

环氧树脂（E-51）：蓝星新材料无锡市树脂厂；

固化剂甲基四氢苯酐（MTHPA）：上海海曲化工有限公司；

纳米氧化锡：安徽科润纳米科技有限公司；

EE51抗静电剂：广州格凌贸易有限公司

促进剂（DMP-30）：广州亿珲盛化工有限公司；

环氧稀释剂（501）：武汉优耐信化工科技有限公司；

无碱玻璃纤维纱（T984）：泰山玻璃纤维有限公司。

1.2设备与仪器

缠绕机：4FW600×3500型哈尔滨复合材料设备开发公司；

烘干箱：CT-1型江苏盐城干燥设备厂；

高速分散机：JB-2型山东莱州兴远化工机械厂

1.3试样制备

将固化剂（MTHPA）、促进剂（DMP-30）加入到环氧树脂（E-51）中，得到环氧树脂胶液。称取一定量的环氧树脂胶液倒入容器中，按比例加入纳米氧化锡，EE51抗静电剂，环氧稀释剂，再用高速分散机分散均匀，然后用缠绕机制作试样，试样制作好后放入烘箱内固化。环氧树脂胶液配方为：环氧树脂（E-51）100份，固化剂（MTHPA）80份，促进剂（DMP-30）1份，环氧稀释剂（501）5份。

1.4性能测试

GJB4403-2002常规兵器弹药包装定型试验规程；

GJB2605-96可热封柔韧性防静电阻隔材料规范；

GB/T1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法。

2．结果与讨论

2.1纳米氧化锡加入量6%，EE51抗静电剂含量对复合材料表面电阻的影响

环氧树脂胶液中加入6%的氧化锡，然后加入EE51抗静电剂0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%。用高速分散机分散10min，转速为50r/min，制作复合材料试样，其表面电阻见下图：

图1EE51抗静电剂含量与表面电阻率ρ的关系

从上述图可以看出，随着EE51抗静电剂在环氧树脂胶液中的含量不断增加，制备的复合材料试样的表面电阻不断提高，并且EE51抗静电剂含量在4%时，复合材料的表面电阻出现渗流行为（2），其表面电阻大幅度提高，然后随着EE51抗静电剂含量的增加，复合材料的表面电阻变化趋缓，这可能是随着EE51抗静电剂含量的增加，复合材料中EE51抗静电剂和纳米氧化锡粒子达到渗流阈值时相互连接成链，电子通过链移动产生导电现象，当突破渗流阈值后，由于导电链已经形成，EE51抗静电剂含量的增加对复合材料表面电阻的影响减弱。

2.2纳米氧化锡加入量7%，EE51抗静电剂含量对复合材料表面电阻的影响

环氧树脂胶液中加入7%的氧化锡，然后加入EE51抗静电剂0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%。用高速分散机分散10min，转速为50r/min，制作复合材料试样，其表面电阻见下图：

图2EE51抗静电剂含量与表面电阻率ρ的关系

从上述图可以看出，纳米氧化锡含量7%时，复合材料表面电阻的起点明显提高，随着EE51抗静电剂的用量的增加，纳米氧化锡与EE51抗静电剂的协同作用明显，从上述图可以看出，随着EE51抗静电剂在环氧树脂胶液中的含量不断增加，制备的复合材料试样的表面电阻不断提高，并且EE51抗静电剂含量在2%时，复合材料的表面电阻出现渗流行为（2），其表面电阻大幅度提高，然后随着EE51抗静电剂含量的增加，复合材料的表面电阻变化趋缓，这可能是随着EE51抗静电剂含量的增加，复合材料中EE51抗静电剂和纳米氧化锡粒子达到渗流阈值时相互连接成链，电子通过链移动产生导电现象，当突破渗流阈值后，由于导电链已经形成，EE51抗静电剂含量的增加对复合材料表面电阻的影响减弱。

纳米氧化锡含量7%时，EE51抗静电剂在2份以上时，制作的复合材料试样表面电阻为：即电阻率<108（Ω·m）。

2.3纳米氧化锡加入量8%，EE51抗静电剂含量对复合材料表面电阻的影响

环氧树脂胶液中加入8%的氧化锡，然后加入EE51抗静电剂0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%。用高速分散机分散10min，转速为50r/min，制作复合材料试样，其表面电阻见下图：

图3EE51抗静电剂含量与表面电阻率ρ的关系

从上述图可以看出，纳米氧化锡含量8%时，复合材料表面电阻的起点明显提高，随着EE51抗静电剂的用量的增加，纳米氧化锡与EE51抗静电剂的协同作用明显，从上述图可以看出，随着EE51抗静电剂在环氧树脂胶液中的含量不断增加，制备的复合材料试样的表面电阻不断提高，并且EE51抗静电剂含量在1.5%时，复合材料的表面电阻出现渗流行为（2），其表面电阻大幅度提高，然后随着EE51抗静电剂含量的增加，复合材料的表面电阻变化趋缓，这可能是随着EE51抗静电剂含量的增加，复合材料中EE51抗静电剂和纳米氧化锡粒子达到渗流阈值时相互连接成链，电子通过链移动产生导电现象，当突破渗流阈值后，由于导电链已经形成，EE51抗静电剂含量的增加对复合材料表面电阻的影响减弱。

纳米氧化锡含量8%时，EE51抗静电剂在1.5份以上时，制作的复合材料试样表面电阻为：即电阻率<108（Ω·m）。

3.结论

（1）用纳米氧化锡和EE51抗静电剂加入到玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，能够显著改善其表面电阻。

（2）纳米氧化锡是无机导电材料，具有永久表面电阻，EE51抗静电剂是离子型有机导电材料，随着时间的延长，表面电阻会逐渐减弱，本文采用纳米氧化锡在环氧树脂中的含量在7%～8%，EE51抗静电剂在环氧树脂中的含量在2%～3%范围内制作满足客户要求的复合材料。

参考文献：

[1]闻荻江，吴人洁，赵昌正.复合材料原理.武汉：武汉工业大学出版社，1998.11

[2]刘桂果，任鹏刚.填充型环氧树脂复合体系的导电行为及影响因素.复合材料.2011（1）：12