文档介绍：笺丝墅纳米粒子/环氧树脂复合材料的界面增强及其摩擦磨损性能的研究中山大学博士学位论文高分子化学与物理章明秋教授答辩委员会┟主席专业:学位申请人:罗颖导师容敏智教授委员
纳米粒子/环氧树脂复合材料的界面增强及其摩擦磨损性能的研究摘要二氨基二苯基砜模甆基团发生反应,因此它可以参与环氧基体的固专业:高分子化学与物理博士生:罗颖指导教师:章明秋教授容敏智教授制各高性能聚合物基复合材料是提高机件耐磨性能的重要途径,纳米颗粒填充的聚合物基复合材料具有良好的耐磨性能,且比重轻、绝缘性能好、易于加工,适用于航空、电子、计算机等高、精、尖领域代替某些金属、合金用以减轻结构重量、提高机件的灵便性。但是这些复合材料由于没有克服纳米粒子在基体中的团聚问题,使得纳米粒子实际上以松散的团聚体形式存在,由此带来的结构缺陷,容易因应力集中而率先破坏,导致纳米粒子在此类减摩耐磨复合材料中未能有效利用。本论文以提高环氧树脂的摩擦磨损性能为目的,选用两种硬度较高、耐磨性能优异的无机纳米陶瓷颗粒蛃作为填料。为了改善纳米粒子在环氧树脂基体中的分散性,提高无机颗粒与基体界面的结合力,选择甲基丙烯酸缩水甘油酯魑7从π缘ヌ澹捎梦拊砣橐夯Ы又酆系姆椒ㄔ诹W颖砻进行改性。由于械幕费趸啪哂薪锨康姆从δ芰Γ梢院凸袒,化反应,在粒子/环氧树脂复合材料体系中起到反应性增容的作用,增强粒子与基体之阏的界面。另外,通过改变纳米粒子上所接枝的量,或者加入另一种和环氧树脂具有良好相容性的单体绫揭蚁㏒与单体娜橐汗聚来控制粒子上所接环氧基团的量,实现界面结构的可控性。中山大学博士学位论文
损性能明显提高,颗粒在复合材料中具有最佳的填充含量。纳米颗粒表面接枝从影响复合材料摩擦磨损性能的内部因素和外部因素入手,研究了干摩擦条件下不同颗粒含量、表面接枝改性方法、接枝链结构、不同制备工艺以及载荷等对复合材料摩擦学性能的影响及分析其磨损机理;通过对环氧树脂及其复合材料固化过程、表匝硬度、动态力学性能、冲击性能、弯曲性能以及热稳定性的研究,来揭示纳米颗粒对摩擦过程的影响:并通过对磨损面形貌、性质ū砻嬗捕取粗糙度、热稳定性及化学变化等唇徊教教帜Σ聊ニ鸬奈⒐刍怼对接枝聚合的研究表明:通过对纳米颗粒进行烷基化预处理后,可以在粒子表面通过双键引发聚合,使得接枝物琍甈与粒子间形成化学键。研究各种聚合条件ㄍ榛潭取⒌ヌ迮ǘ取⒐簿鄣ヌ寮尤肓康谋壤引发剂浓度、乳化剂浓度、反应时间、反应温度以及投料方式等越又πЧ影响表明,通过改变聚合条件可以控制接在纳米颗粒上的量,从而实现对接枝改性粒子上可参与反应环氧基团量的控制。证明了接枝粒子与固化剂浯嬖诜从Γ佣な盗私又ξ颬械幕费趸拍芄徊斡牖宓固化,起到反应性增容的作用。另外还证明了接枝改性后纳米粒子的分散稳定性明显提高。对改性前后纳米颗粒填充环氧树脂复合材料的固化动力学研究表明:纳米粒子表面含有的羟基对环氧树脂的固化过程起促进作用。接枝改性虽然使得粒子表面的羟基含量减少,减弱了羟基的催化效果,但接枝物中含有的环氧基团促进了纳米颗粒在基体中的成核效应,能够加快反应的进行。因此,在一定的颗粒含量和接枝率情况下也能使得体系活化能降低,反应速率加快。复合材料的摩擦磨损性能测试表明,纳米颗粒的加入使得环氧树脂的摩擦磨改性后,在合适的接枝率下,在环氧基体中的分散性以及与基体间的界面强度提高,因此复合材料的摩擦学性能得到进一步的提高。若接技率过高,则会导致粒子问的自交联反应,造成粒子间的团聚,不利于在基体中的分散;另一方面,粒子上接枝过多的可反应基团,会造成复合材料中局部界面过强,容易形成应力集中点,不利于载荷的传递从而影响摩擦磨损性能。接枝共聚改性的复合材料的摩擦磨损性能得到更进一步提高的结果表明,接枝共聚的方法有利于在控制粒子上所接可反应环氧基团含量的同时,使得粒子与基体间形成具有一定厚度中山大学博士学位论文Ⅱ
的、结合紧密的梯度界面层,大大地改善了界面的性能。采用不同的方法制备的改性纳米粒子/环氧树脂复合材料,对其摩擦磨损性能的比较发现,改性粒子未经干燥而直接填充到用接枝物的良溶剂酮芙獾幕费跏髦芤褐校浞址稚⒑笤俪浞秩コ芗恋姆椒简称湿法共混因避免了改性粒子在干燥过程中又发生团聚的现象,促进纳米粒子获得更好的分散而使得复合材料摩擦磨损性能提高。通过对复合材料的力学性能测试,发现纳米颗粒的填充可以明显地提高复合材料的硬度和塑性变性能力。硬度和塑性变形能力的提高分别使得复合材料在摩擦磨损过程中支撑载荷、包容异物降低磨损的能力提高。冲击性能有一定程度的下降,但摩擦学性能的改善与冲击韧性之间不存在对应的关系。复合材料的动态力学研究表明,接枝改性提高了复合材料的界面强度,而界面强度与摩擦磨损性能有密切的关系。通过对环氧树月髯及其复合材料磨损霭的形貌、硬度、粗糙度以及热稳定性的研究发现,环氧树脂磨损面粗糙度