热固性聚酰亚胺及其纳米复合材料的制备和摩擦学性能研究
聚合物复合材料是一类新型的功能复合材料,其在高技术领域具有广泛的应用前景.本论文以苯乙炔基封端的热固性聚酰亚胺(PI)及其纳米复合材料作为研究对象,制备并考察了其摩擦学性能.研究了不同种类、不同含量纳米粒子对复合材料结构和摩擦磨损性能的影响;系统考察了试验条件(速度、载荷、润滑条件)对纳米复合材料的摩擦磨损性能和磨损机理的影响;对纳米粒子进行表面处理,对比研究了表面处理对复合材料的摩擦学性能影响.本论文的主要研究结果如下:
1.采用单体反应物聚合方法合成了苯乙炔基封端的热固性PI,该树脂单体溶液在室温下具有良好的储存稳定性和粘结性能.对该热固性PI材料的摩擦学性能研究表明,其磨损主要是以化学键断裂为主的疲劳磨损,摩擦磨损性能优于相同单体的热塑性PI,可作为高速高载下的摩擦材料.
2.分别选择氧化石墨烯、纳米SiO2、TiO2、蒙脱土和碳纳米管作为添加剂,制备了苯乙炔基封端的热固性PI复合材料.纳米粒子的添加显著地改善了热固性PI的摩擦学性能.除了片状结构的氧化石墨烯,纳米SiO2、TiO2、蒙脱土和碳纳米管的添加都显著地降低了热固性PI材料的摩擦系数,改善了其耐磨性能.纳米粒子的添加量、载荷和速度都直接影响着复合材料的摩擦学性能.对水润滑条件下的纳米TiO2/热固性PI复合材料摩擦性能研究表明,该纳米复合材料不适合作为水润滑重载条件下的摩擦材料.
3.对比研究了纳米SiO2和蒙脱土经过有机表面处理对复合材料性能的影响,结果表明无机纳米粒子表面有机处理改善了纳米粒子在材料中的分散性和浸润性,使复合材料的摩擦学性能、力学性能和热性能进一步提高.
4.对复合材料摩擦面和对偶的微观分析显示,无机纳米粒子的添加有助于材料在摩擦过程中转移膜的形成并增强了转移膜与对偶件的结合强度,使聚合物的磨损减轻摩擦力减小.同时,无机纳米粒子的添加改变了热固性PI材料摩擦过程中的磨损机理,由疲劳磨损逐渐转变为磨粒磨损并伴有疲劳磨损的混合磨损.
- 作者：
- 刘洪
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 王齐华
- 关键词：
- 热固性聚酰亚胺；无机纳米粒子；复合材料；摩擦学性能
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