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《仲恺农业工程学院》 2016年
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MoS_2/MC尼龙纳米复合材料的制备及性能研究

周艳秀  
【摘要】:MC尼龙(单体浇铸尼龙)是一种新型的工程塑料,具有质量轻、自润滑性能好、噪音小、机械性能好等特点,近年来在工业应用中逐渐替代铜、铝、钢等金属材料,但是未经改性的MC尼龙存在自润滑性和耐磨性不佳、低温韧性差、弹性模量低、机械强度差、尺寸稳定性及热稳定性差等缺陷,限制了MC尼龙的实际应用。因而需要对MC尼龙进行改性,提高MC尼龙复合材料的综合性能。纳米二硫化钼为具有S-Mo-S层状结构的化合物,素有“润滑之王”之称,具有优异的润滑性能、耐磨性能、热稳定性能及各向异性等,能够大幅改善复合材料的性能,本文采用纳米二硫化钼作为改性剂以改善MC尼龙的力学性能及热力学性能等,主要研究内容如下:(1)纳米二硫化钼的制备:采用正交设计安排实验,用水热法合成了具有颗粒状结构的纳米二硫化钼晶体,选用反应温度、反应时间和硅钨酸的添加量为影响因子,优选水热反应条件。实验结果表明:反应时间对水热合成结果影响最大,硅钨酸添加量次之,再者为反应温度。最佳实验条件为:反应温度200℃、反应时间24 h,硅钨酸的添加量1.0 g,此条件下纳米二硫化钼产率达到了76%,而且粒径较小。采用XRD、TEM、TG对纳米二硫化钼晶体结构、形貌、尺寸大小、热稳定性进行了表征,XRD图谱显示纳米二硫化钼具有良好的晶体结构,TEM图显示纳米二硫化钼为分散性良好的颗粒状结构,尺寸均匀,粒径小于100 nm,TG结果表明纳米二硫化钼热稳定性好,100℃时失重率仅为1.95%。(2)采用原位聚合法制备了Mo S2/MC尼龙纳米复合材料,讨论了纳米Mo S2的加入对复合材料力学性能、磨耗性能、热稳定性能及熔融结晶性能的影响。结果表明:纳米Mo S2的加入在保证复合材料的拉伸强度变化不大的情况下,增强了冲击性能和耐磨性能。当添加量为2.0%时,制品冲击强度比纯MC尼龙增加了42.3%,磨耗体积降低了87.4%;此外,复合材料的热稳定性得到了大幅提升,热分解温度均远远高于纯MC尼龙,添加量为3.0%时,复合材料的热稳定性能最好;而且,纳米Mo S2的加入促进了复合材料的成核结晶过程,加快了聚合物的结晶。(3)设计了一种新的制备聚合物/无机纳米复合材料的方法,成功制备了含油Mo S2/MC尼龙纳米复合材料,并对复合材料力学性能、耐磨性能、热稳定性能及熔融结晶性能进行了探讨。结果表明含油纳米Mo S2对复合材料的缺口冲击强度和耐磨性能有很大程度的改善,而对拉伸强度影响不大。在添加量为2.0%时,缺口冲击强度达到最大值,比纯MC尼龙增加了45.7%;磨耗体积达到最小值,比纯MC尼龙减小了88.7%。(4)此外,复合材料体系的结晶温度升高,体系高温成核能力增强;结晶峰变窄,半封宽减小,表明晶粒更加集中;过冷度减小,表明结晶诱导时间缩短,结晶速率加快,促进了结晶过程的发生。(5)制备了聚醚/Mo S2/MC尼龙纳米复合材料,并探讨了其力学性能随添加量变化的趋势。结论为:聚醚/Mo S2的加入使MC尼龙复合材料的缺口冲击强度和断裂伸长率得到了加强,同时降低了磨耗体积,增强了制品耐磨性。当添加量为2.0%时,缺口冲击强度比MC尼龙基体高了57%,磨耗体积降低了94.8%。
【关键词】:MC尼龙 纳米MoS2 力学性能 热稳定性 耐磨性
【学位授予单位】:仲恺农业工程学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB332
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-12
  • 第一章 绪论12-24
  • 1.1 MC尼龙简介12-13
  • 1.2 MC尼龙改性研究方法13-15
  • 1.2.1 物理改性13-15
  • 1.2.2 化学改性15
  • 1.3 MC尼龙聚合成型原理15-17
  • 1.4 MC尼龙原位分散聚合复合材料17-18
  • 1.5 纳米二硫化钼简介18-22
  • 1.5.1 纳米二硫化钼的性质特点19-20
  • 1.5.2 纳米二硫化钼的制备方法20-22
  • 1.5.3 纳米二硫化钼的应用22
  • 1.6 研究目的及创新点22-24
  • 1.6.1 研究目的及意义22-23
  • 1.6.2 创新点23
  • 1.6.3 课题来源23-24
  • 第二章 纳米二硫化钼的制备与表征24-31
  • 2.1 引言24
  • 2.2 实验部分24-27
  • 2.2.1 实验试剂与仪器24-25
  • 2.2.2 实验方法25-26
  • 2.2.3 样品的表征26-27
  • 2.3 结果与讨论27-30
  • 2.3.1 正交试验数据分析27-29
  • 2.3.2 XRD分析29
  • 2.3.3 TEM分析29-30
  • 2.3.4 TG分析30
  • 2.4 小结30-31
  • 第三章 MoS_2/MC尼龙纳米复合材料的制备及其性能研究31-43
  • 3.1 引言31
  • 3.2 实验部分31-33
  • 3.2.1 实验试剂31-32
  • 3.2.2 实验仪器32
  • 3.2.3 MoS_2/MC尼龙纳米复合材料的制备32-33
  • 3.3 复合材料的表征33-34
  • 3.3.1 力学性能测试33
  • 3.3.2 热稳定性能分析33-34
  • 3.3.3 差示扫描量热仪分析34
  • 3.3.4 扫描电子显微镜34
  • 3.4 结果与讨论34-42
  • 3.4.1 纳米二硫化钼在复合材料的分散情况34-36
  • 3.4.2 纳米二硫化钼对复合材料熔融结晶过程的影响36-38
  • 3.4.3 纳米二硫化钼对复合材料缺口冲击强度的影响38-39
  • 3.4.4 纳米二硫化钼对复合材料磨耗体积的影响39-40
  • 3.4.5 纳米二硫化钼对复合材料热稳定性能的影响40-42
  • 3.4.6 纳米二硫化钼对复合材料拉伸强度的影响42
  • 3.5 本章小结42-43
  • 第四章 含油MoS_2/MC尼龙复合材料的制备及其性能研究43-53
  • 4.1 引言43
  • 4.2 实验部分43-44
  • 4.2.1 实验试剂与仪器43
  • 4.2.2 实验方法43-44
  • 4.3 复合材料的表征44
  • 4.4 结果与讨论44-52
  • 4.4.1 含油MoS_2在MC尼龙复合材料中的分散情况44-45
  • 4.4.2 含油MoS_2对MC尼龙复合材料熔融结晶过程的影响45-48
  • 4.4.3 含油MoS_2对MC尼龙复合材料缺口冲击强度的影响48-49
  • 4.4.4 含油MoS_2对MC尼龙复合材料磨耗体积的影响49-50
  • 4.4.5 含油MoS_2对MC尼龙复合材料热稳定性能的影响50-51
  • 4.4.6 含油MoS_2对MC尼龙复合材料拉伸强度的影响51-52
  • 4.5 本章小结52-53
  • 第五章 聚醚/MoS_2/MC尼龙的制备及其性能研究53-58
  • 5.1 引言53
  • 5.2 实验部分53-54
  • 5.2.1 实验试剂和仪器53
  • 5.2.2 实验方法53-54
  • 5.3 复合材料的表征54
  • 5.4 结果与讨论54-56
  • 5.4.1 聚醚/MoS_2对MC尼龙复合材料缺口冲击强度的影响54-55
  • 5.4.2 聚醚/MoS_2对MC尼龙复合材料磨耗体积的影响55-56
  • 5.4.3 聚醚/MoS_2对MC尼龙复合拉伸强度的影响56
  • 5.5 本章小结56-58
  • 第六章 结论与展望58-60
  • 6.1 结论58-59
  • 6.2 进一步工作59-60
  • 致谢60-61
  • 参考文献61-67
  • 攻读硕士学位期间取得的研究成果67-68

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