用橡胶增韧脆性聚合物一直是聚合物增韧的主流方向。在聚合物基体中的橡胶含量超过其脆韧转变点后,体系的韧性得到大幅度提升,然而模量和强度的下降却不可避免。刚性无机纳米粒子由于其高模量,一度被认为是实现聚合物刚韧平衡的一个很好选择,但实践证明,对绝大多数聚合物而言,无机刚性粒子的加入都无法使聚合物的韧性,尤其是冲击韧性得到提高。因此,采用含有刚性内核和柔性外壳的核壳粒子作为增韧剂就成了解决增韧聚合物刚韧平衡问题的一个重要选择而受到了学术界和工业界的高度重视。然而,理论研究表明,在核壳粒子含量一定时,增韧体系模量会随着橡胶壳层厚度(Ts)的增加而下降,当Ts大于某一临界值Tsm时,增韧体系的模量将低于基体树脂;而另一方面,粒子的增韧效果却又随着橡胶壳层厚度的增加而提高。可以推断,当内核粒径一定时,只有当橡胶壳层厚度Ts大于某一临界值Tsbd时,体系才能发生脆韧转变。这样就提出了一个问题,就是硬核软壳的核壳粒子能否在模量不下降的情况下获得高的韧性?如果Tsm>Tsbd,则至少存在一个橡胶壳层厚度,使得核壳增韧体系的模量和韧性都得到提高,也就是说硬核软壳核壳粒子增韧体系在理论上可以在模量不下降的情况下实现增韧;而如果Tsm<Tsbd,则说明硬核软壳核壳粒子在理论上都无法实现既增强又增韧的目的。目前,虽然关于采用硬核软壳核壳粒子增韧聚合物的研究很多,但由于粒子直径和橡胶壳层厚度都无法精确控制,上述问题至今未能得到明确回答。为了回答这个问题,本文制备了一系列以SiO2为内核,聚丙烯酸丁酯(PBA)为外壳的核壳粒子增韧环氧树脂的模型增韧体系,无论是SiO2内核的尺寸还是PBA外壳的厚度都可以精确控制且可调,通过考察增韧体系中粒径、壳层厚度与增韧体系强度及韧性的关系,明确了临界壳层厚度Tsm和Tsbd的存在,并详细研究了其变化规律和核壳粒子增韧的内在机理,主要研究内容及创新点如下:1.采用溶胶凝胶法合成工艺制备了粒径可控的纳米二氧化硅(SiO2),并采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对其表面进行官能化修饰。通过优化接枝工艺,获得了KH570接枝密度达45.67μmol/m2的改性Si02粒子;2.以上述KH570修饰的SiO2粒子为基础,采用“种子”乳液聚合工艺制备了SiO2/PBA壳层厚度可控的核壳粒子。首先,探讨了乳化剂浓度对核壳粒子形貌的影响,结果发现,当丙烯酸丁酯(BA)和Si02用量固定时,核壳粒子的形貌随乳化剂浓度(Ce)的变化而变化。如果Ce低于某一浓度下限值(Cel)时,则会形成含有多个Si02内核的团聚核壳粒子;而当Ce高于乳化剂浓度上限值(Ceu)时,则除了核壳粒子之外,还会产生部分纯PBA胶粒;而这两种情况的出现,对我们研究核壳粒子的临界壳层厚度都是不利的。对于给定的BA单体和SiO2用量,仅只有当Cel<Ce<Ceu时,才能得到单核型核壳粒子。虽然Ceu和Cel的值会随单体和Si02用量的增加而变大,但当考虑乳胶粒表面的乳化剂分子吸附密度(∑)时,形成单核型核壳粒子所需的乳化剂分子吸附密度上限(∑UC)和下限(∑LC)这两临界值并不随单体和Si02用量的变化而变化,在本研究体系中 ∑UC 是 3.3×106μm-2,∑LC为 1.3×106μm-2。如将 ∑ 控制在 ∑LC和 ∑Uc之间(2×106μm-2),BA和SiO2重量比被从1:10增加至1:1,则核壳粒子的壳层厚度可在8nm到57nm之间精确可调。3.制备了一系列SiO2/PBA硬核软壳核壳粒子增韧环氧树脂体系。发现临界壳层厚度Tsbd和Tsm和的存在。一方面,当壳层厚度Ts大于临界值Tsbd时,增韧体系发生脆韧转变;另一方面,只有当Ts小于Tsm时,才能保证增韧体系的模量不低于环氧树脂的基体值。并且在我们所研究的体系中Tsm都大于Tsbd。这个结果证明,硬核软壳核壳粒子增韧聚合物体系可以实现模量和韧性的同时提高。另外,虽然Tsbd随核壳粒子的内核直径(D)的增加而增大,但发生脆韧转变时,核壳粒子中壳层橡胶占核壳粒子的质量分数(10%)及壳层橡胶厚度与内核粒径之比(Tsbd/D=0.0375)却都基本保持不变。4.研究了核壳增韧体系的粒子间距、橡胶壳层厚度与增韧结果之间的关系,结果发现,橡胶壳层的厚度对临界粒子间距(Lc)有显著影响。当橡胶壳层厚度T>Tsbd时,Lc随D的减小而增加,符合S.Wu的渝渗理论;但当Ts<Tsbd时,即使Lc低于100nm,增韧体系也不能实现脆韧转变。