Hybrid materials with improved thermomechanical properties

Abstract

Epoxidové pryskyřice jsou široce používány v průmyslových aplikacích jako lepidla, lamináty, nátěrové hmoty, kompozity, pro zapouzdření elektronických zařízení, desek plošných spojů apod. Navzdory své vynikající adhezi k různým materiálům, teplotní a chemické odolnosti, dobrým mechanickým vlastnostem, vykazují epoxidové materiály i nevýhody, jako je křehkost, vysoký koeficient tepelné roztažnosti (CTE), nízkou houževnatost, aj. Disertační práce je proto zaměřena na přípravu epoxidových hybridních materiálů se silika doménami vykazující zlepšené termomechanické vlastnosti v porovnání s čistou epoxidovou matricí. Studovaný postup přípravy hybridů zahrnoval hydrolytickou kondenzaci alkoxysilanů (tzv. sol-gel proces) umožňující buď ex-situ přípravu částečně zkondenzovaných siloxanových struktur ve formě kapalného silika-prekurzoru (solu) nebo in-situ tvorbu homogenních nanočástic siliky v průběhu síťování epoxidové matrice. Sol-gel proces umožňuje vznik silika struktur bez nežádoucího zvýšení viskozity epoxidové pryskyřice či obtížné dispergace nanočástic. Na druhou stranu nevýhodou sol-gel procesu je zpravidla nutnost použít rozpouštědlo a dále odstranit vznikající těkavé látky. Z tohoto důvodu, se první část práce zaměřuje na vývoj sol-gel postupu bez použití rozpouštědla, který zahrnuje syntézu pre-...

Epoxy resins have been broadly used in the industry for adhesives, laminates, coatings, composites, encapsulation of electronic devices, printed circuit boards, etc. Despite their excellent adhesion to different materials, heat and chemical resistance and good mechanical properties, they also exhibit few drawbacks like brittleness, high thermal expansion coefficient (CTE), poor resistance to crack initiation and growth. Therefore, the thesis is focused on the preparation of epoxy-silica hybrid materials exhibiting improved thermomechanical properties compared to the neat epoxides, without impairing their beneficial features. The main synthetic route of epoxy-silica hybrids' preparation has been the sol-gel process of alkoxysilanes, allowing either in-situ formation of high purity and homogeneity silica particles or creation of various siloxane structures in a form of liquid (sol) silica-based precursors. The sol-gel method, on one hand, helps to omit too high viscosity of nanofiller suspension and energy-intensive nanofiller dispergation problems, but on the other hand, is often associated with necessity to use solvents and to remove formed volatiles. Therefore, in the first part of the thesis, a simple solvent-free sol-gel procedure, enabling to minimize the side-effect of solvent evaporation and...