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《南京理工大学》 2005年
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纳米氧化物表面改性与分散技术及其在高分子摩擦材料中的应用

车剑飞  
【摘要】:纳米摩擦学是九十年代以来摩擦学基础研究领域最活跃也是材料科学与摩擦学交叉领域最前沿的分支学科之一,但纳米粒子能否在复合材料中发挥作用与其界面作用和分散行为密切相关。本课题采用接枝法在纳米氧化物表面形成聚合物修饰层,利用修饰层的空间位阻效应提高纳米粒子在高分子基体中的分散稳定性,从而制备高分散低填充纳米复合材料,以期获得更加优异的性能。 分别采用直接法、偶联剂法、TDI活化法对纳米氧化物进行表面接枝聚缩醛改性,采用缩合聚合法对纳米氧化物进行表面接枝聚对苯二甲酸丁二醇酯预聚物改性,结果表明接枝改性后接枝物分子链与纳米氧化物表面上官能团发生了化学键合,接枝物主要分布在纳米氧化物的表面,而在体相中独立存在的几率较小;接枝改性纳米氧化物粒径明显增大,粒子中间颜色较深,周围颜色较浅,呈现较为明显的核壳状结构;未改性纳米氧化物在有机溶剂中存在着严重的团聚,而接枝纳米氧化物的分散达到了理想状态,几乎所有颗粒都以原生粒子的状态单独分散,颗粒间无任何团聚或粘连。 改性纳米氧化物填充POM、PBT基纳米复合材料研究表明接枝改性纳米氧化物在树脂中可均匀地分散,基本无团聚发生;大部分纳米颗粒由树脂包覆着,纳米氧化物与基体聚合物间的界面不清晰,说明两者相容性较好,存在较强的界面间相互作用;纳米复合材料的强度和材料韧性得到改善,对韧性的改性尤为明显,这是由于接枝物与基体树脂高分子链发生交联、缠绕,形成纳米复合材料的柔性界面层;纳米氧化物经接枝改性后减摩抗磨作用进一步增强,含接枝改性纳米氧化物复合材料的摩擦系数明显低于纯树脂基体及含相同体积分数未经表面改性处理填料的复合材料的摩擦系数;比磨损率也明显降低。 采用原位法改性硼酚醛树脂时纳米氧化物的加入对早期反应有一定影响,但对树脂的最终分子结构没有影响;纳米氧化物可显著提高酚醛树脂耐热性,原位生成法改性酚醛树脂初始分解温度较混合添加型酚醛树脂高出150℃;纳米氧化物的用量对树脂的表观粘度影响较大,导致粘度下降的作用是隔离增塑作用,导致粘度上升的作用是吸附交联作用;纳米TiO_2改性硼酚醛由于初始分解温度提高,摩擦材料工作条件下的热分解产物减少,有利于稳定材料高温摩擦系数,其流动性能的改善又大大改善了界面粘结性能,从而又可提高摩擦材料的磨耗性能和冲击性能。
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