碳纳米管在聚合物摩擦材料中的应用.pdf

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1、李朋博，等：碳纳米管在聚合物摩擦材料中的应用89碳纳米管在聚合物摩擦材料中的应用李朋博颜红侠李铁虎(1．西北工业大学材料学院，西安710072；2．西北工业大学理学院应用化学系，西安710072)摘要综述了近年来碳纳米管(CNTs)在改善热固性树脂和热塑性树脂摩擦性能方面的研究进展，并展望了聚合物／CNTs摩擦材料今后的研究方向。关键词碳纳米管聚合物摩擦材料摩擦材料是轴承、制动器、离合器等使用的一种材料，它Aibo等_】以四嗪处理过的MWCNTs来改性EP，发现经过表必须具有耐磨性强、使用负荷高、工作可靠性强等特点。虽面处理后M

2、WCNTs可以有效改善EP的耐磨性。J．H．Lee然近几年摩擦材料在配料和工艺上得到了很大的改进，但作等1首先使用混酸(硫酸／硝酸)对MWCNTs进行表面氧化为摩擦材料应用的复合材料，还存在成本高，硬度分散大等处理，然后使用硅烷偶联剂对氧化后的MWCNTs进行改性，缺点。近年来，科技的高速发展要求摩擦材料具有质轻、寿最后分别以酸化的MWCNTs和硅烷化的MWCNTs来改性命长等特点。碳纳米管(CNTs)的管径为纳米级，为自组装EP，经磨损试验发现，EP／硅烷化的MWCNTs复合材料的摩单分子体系，其理论拉伸弹性模量为1．8TPa

3、，弯曲强度为擦系数和磨损率更低。WangHuan等”以定向排列的14．2GPa，拉伸强度是钢的100倍，而密度仅为钢的1／6，因CNTs为增强材料，以EP为基体树脂，采用原位法制备了此被认为是制备超强复合材料理想的极限增强材料⋯。同EP／定向排列的CNTs复合材料。结果表明，E1)／定向排列的时，CNTs的结构为同心石墨面围成的中空圆柱体，具有优异CNTs复合材料的摩擦系数不仅低于纯EP，而且低于机械混的自润滑性能。J。作为复合材料的增强体及润滑、减摩、合制备的EP／CNTs复合材料。耐磨材料的添加剂，CNTs有着巨大的应用前景

4、。目前，CNTs聚酰亚胺(PI)作为一种特种工程塑料，以其优异的力学增强复合材料摩擦性能的研究主要集中在聚合物、金属以及性能、热稳定性、耐辐射性和自润滑性能，不仅经常应用于高无机非金属材料方面，研究工作已取得了一定的成效，为制温、高压等苛刻条件，而且在摩擦学领域也具有较为广泛的备具有优异摩擦学性能的复合材料提供了新的思路和途径。应用。使用CNTs对PI进行复合改性可以进一步提高其笔者综述了近几年聚合物／CNTs复合摩擦材料的研究进展摩擦磨损性能。N．Satyanarayana等在纯硅衬底上分别制并展望了未来的研究方向。备了PI／

5、单壁碳纳米管(SWCNT)复合薄膜和纯PI薄膜，并1聚合物／CNTs复合摩擦材料研究了两种薄膜的摩擦磨损性能。结果发现，两种薄膜均可CNTs是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝管状壳降低纯硅衬底的摩擦系数，提高纯硅衬底的使用寿命；虽然层，这种富勒烯衍生物的结构与聚合物链相似，具有传统纤PI／SWCNT复合薄膜的摩擦系数稍高于Pl薄膜，但其磨损维无法比拟的优异特性j。因此，聚合物基CNTs复合材料寿命远长于Pl薄膜，大概为PI薄膜的两倍以上。CaiHui受到了研究者的广泛关注。J。作为增强材料，CNTs不仅等L1以Pl为基体制备了P

6、I／CNTs复合材料，分别研究了可以改善聚合物基体的力学性能，而且由于其自身的强度和CNTs含量、载荷与滑动速率对复合材料摩擦性能的影响。自润滑性能，还可改善聚合物基体的摩擦磨损性能。研究发现，在CNTs质量分数从0到约8％时，复合材料的摩1．1热固性树脂擦系数和磨损率逐渐降低；而在CNTs质量分数大于8％时，环氧树脂(EP)的固化物具有粘接力强、电绝缘性能好、摩擦系数和磨损率趋于稳定。另外，减小载荷和滑动速率都稳定性强、收缩率小和耐腐蚀能力强等优良特性，在涂料、电可降低复合材料的磨损率。子电气、复合材料和粘接等领域获得了广泛应

7、用，然而其耐双马来酰亚胺(BMI)树脂具有突出的耐热性、耐湿热磨损性能较差。将CNTs作为增强材料加入EP中可以改善性、良好的力学性能、电性能、耐化学药品、耐环境性及耐辐其摩擦磨损性能』。其中影响EP／CNTs复合材料摩擦磨损射性等特性，在航空航天、电子电器、交通运输等众多尖端领性能的因素主要包括CNTs的添加量，以及CNTs在EP基体域中显示出巨大的应用价值。研究表明，BMI树脂是一种理中的分散程度和分散方法等因素“。使用高功率超声波想的耐磨、耐高温复合材料树脂基体。LiuLina等在发生器能够使多壁碳纳米管(MWCNTs)更

8、均匀地分散于EPCNTs增强BMI树脂耐磨性能方面做了比较深入的研究。分基体中，从而更好地发挥MWCNTs的增强和自润滑作用，改别研究了MWCNTs的粒径、添加量、官能化及官能团种类对善EP的摩擦学性能。通过对MWCNTs进行表面改性处理不仅可以改善其在EP中的