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凹凸棒石黏土（ATP）是一种天然的一维纳米级链层状粘土，在我国江苏、安徽等省份储量丰富且价格低廉，是一种极具潜力的复合材料增强体。但是凹凸棒土本身极易团聚、与环氧树脂亲和性差、结合力小等缺点却极大地限制了它的应用，严重影响了纳米复合材料的力学性能。本文分别采用硅烷偶联剂KH560一步法和三聚六氯化环磷腈+缩水甘油两步法对凹凸棒土进行有机接枝改性。红外光谱分析表明KH560、HCTP及缩水甘油分子能成功地接枝于凹凸棒土表面。使用扫描电子显微镜观察改性前后凹凸棒土的形貌，发现改性纳米黏土的团簇及棒晶束被打散和剥离。本文以环氧树脂E51为基体，分别以ATP原土、 KH560-ATP及HCTP+Glycidol-ATP三种黏土为增强相，制备了黏土添加量分别为1wt%、2wt%、3wt%及5wt%的凹凸棒土-环氧树脂二相复合材料。二相复合材料的拉伸和弯曲性能测试结果显示，有机化凹凸棒土-环氧树脂复合材料的力学性能均在黏土添加量为3wt%时达到最大。其中，KH560-ATP-环氧树脂复合材料及HCTP+Glycidol-ATP-环氧树脂复合材料较纯环氧树脂的拉伸强度分别提高51.87%及58.83%，拉伸模量提高75.62%及88.09%；而弯曲强度分别提高96.02%及110.91%，弯曲模量提高41.74%及41.87%。使用扫描电镜观察有机化凹凸棒土-环氧树脂复合材料的拉伸断口形貌，发现相较于纯环氧树脂，复合材料的断口更为粗糙；且有机化凹凸棒土与环氧树脂的结合力强；在树脂中分散良好。对凹凸棒土-环氧树脂二相复合材料的差示扫描量热分析结果显示，填入有机化黏土颗粒后，复合材料的玻璃化转变温度亦得到提升。