基于响应面法的环氧/EPDM/纳米二氧化硅三元纳米复合材料性能优化研究

《Scientific Reports》：RSM-based optimization of mechanical and moisture resistance properties of ternary polymer nanocomposites

　　

摘要

基于环氧的聚合物纳米复合材料因其卓越的机械性能和介电性能而在电气绝缘领域受到广泛研究；然而，吸湿性和脆性仍是亟待解决的主要挑战。本研究旨在利用基于中心复合设计（CCD）的响应面法（RSM），开发并优化具有更高拉伸强度和更低吸水率的环氧/三元乙丙橡胶（EPDM）/纳米二氧化硅三元纳米复合材料。通过20次实验运行，评估了EPDM浓度、纳米二氧化硅掺量及超声处理时间对性能的影响。吸水率按照ASTM D570标准在240小时浸渍后测定，拉伸强度则依据ASTM D638标准测定。统计分析表明，在所研究的实验范围内，三个加工参数均对测量响应具有显著影响，其中纳米二氧化硅掺量的统计效应最为显著。所建立的线性模型显示出令人满意的拟合度和预测统计效果，且失拟检验结果不显著。在实验设计空间内，增加纳米二氧化硅掺量和超声处理时间与拉伸强度提高和吸水率降低相关联。这些响应趋势可能与聚合物-填料环境的变化以及含硅相的加工依赖性状态有关。优化后的配方在所研究的测试条件下表现出90.9 ± 0.46 MPa的拉伸强度和0.0441 ± 0.0003%的吸水率。总体而言，结果表明环氧/EPDM/纳米二氧化硅体系作为电气绝缘应用候选材料具有进一步探索的潜力。