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纳米粒子改性聚四氟乙烯和聚酰亚胺的摩擦学性能研究

赖仕全  
【摘要】:无机纳米粒子具有很强的小尺寸效应、体积效应、表面效应和协同效应,因而可以赋予纳米复合材料许多独特性能。通过添加纳米粒子来改善聚合物的摩擦学性能已经引起材料摩擦学界的广泛关注。然而,迄今为止的许多相关研究缺乏系统性,特别是有关纳米粒子的种类、形状、尺寸以及表面性质等对纳米聚合物复合材料的聚集态结构及摩擦学性能的影响等方面的研究则更是少人问津。 针对上述问题,本论文分两部分对聚合物纳米复合材料的摩擦学性能开展了较系统的研究。 首先以摩擦学性能较好且研究较多的结晶性聚四氟乙烯(PTFE)为对象,用传统方法制备了纤维形状的凹凸棒(AT)和高硬度的超细金刚石(UFD),纳米粒子填充的PTFE复合材料,考察了不同处理方式和不同分散方法对复合材料的聚集态结构和物理机械性能及摩擦学性能的影响。 其次,利用聚酰亚胺(PI)合成反应中允许添加一些含水物质的特殊性,用溶胶-凝胶方法成功地制备出含有不同尺寸的球状的二氧化硅(SiO_2)/PI纳米复合材料,通过与原位聚合的纳米纤维状的AT/PI复合材料的多方面性能对比,研究了纳米粒子的粒径及形状对非晶性聚合物复合材料的物理机械性能和摩擦学性能的影响。 在总结了两种聚合物复合材料的摩擦学性能规律的基础上,结合扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM).能谱仪(EDS),傅立叶红外(FTIR)以及示差扫描量热仪(DSC)等对复合材料本体、摩擦表面以及磨屑等多角度观察和测试结果,探讨了纳米粒子对聚合物凝聚态结构的影响及其对材料摩擦学性能的作用机理。 本论文得到的主要研究结果如下: 1) 低于5wt%纤维状AT的添加可使PTFE的磨损率降低1~2个数量级,结晶度提高10~20%,且不改变PTFE的低摩擦性能。酸和热处理的凹凸棒可更有效地提高PTFE的耐磨性。


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