纳米sic改性氰酸酯树脂的耐磨性研究01-修改稿20130618

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1、纳米SiC改性氰酸酯树脂的耐磨性研究张文根，张学英（渭南师范学院复合材料工程中心，陕西渭南714000）摘要：采用模塑成型法制备氰酸酯树脂（CE）/纳米碳化硅（nm-SiC）复合材料，通过磨损率和摩擦系数测试探讨了nm-SiC对CE耐磨性能的影响，并通过扫描电子显微镜（SEM）分析探讨了其磨损机理。测试结果表明，1.0%nm-SiC时CE/nm-SiC复合材料的磨损率最低，相对于纯CE降低了51.16%，稳定摩擦系数降低了17.95%。关键词：氰酸酯树脂；纳米碳化硅；摩擦性能；磨损机理中图分类号：TH117.3文献标识码：A文章编号：聚合物耐磨性能一直是摩擦学研究的一个重要领域。氰酸酯树脂（C

2、yanateEsterResins）属于一类具有结构和功能相结合的热固性树脂，目前研究最多是双酚A型氰酸酯树脂（简称CE）[1]。CE具有密度小、强度高、耐热性优良、摩擦系数小、易加工等优点，为了满足各种工况下应用的需要，人们对氰酸酯树脂及其复合材料进行了许多开发，许多无机纳米粒子如nm-SiO2、nm-SiC、nm-TiO2等常被用作改性填料，但文章主要集中在nm-SiO2改性CE方面[2-7]。值得注意的是，这种无机纳米粒子属于刚性填料，其特性除对聚合物基复合材料的力学性能、热学性能、介电性能等有较大影响外，还不同程度地影响到其摩擦性能。因此，我们课题组在前期工作的基础上[8-11]，进一

3、步研究了nm-SiC对氰酸酯树脂摩擦系数和磨损率的影响，并通过SEM分析探讨了其磨损机理。1实验部分1.1原村料及预处理双酚A型氰酸酯（CE），白色颗粒，工业品，熔点74℃，纯度98.2％，中国航空工业济南特种结构研究所，实验前在40℃/500mmHg下抽真空4h，除去吸附的水分及小分子杂质，密封备用。nm-SiC，粒径40～60nm，灰绿色超细粉末，合肥开尔纳米发展有限公司，实验前在120℃烘箱中烘干3h，气流粉碎，密封备用。其它试剂均为分析纯，市售。1.2仪器及设备超声波分散器，KQ-300DE型，昆山市超声仪器有限公司。鼓风干燥箱，101A-1型，上海市实验仪器总厂。恒温真空干燥箱，DZ

4、F-6050A型，北京中兴伟业仪器有限公司。均质机，FJ-200型，上海分析仪器厂。摩擦磨损试验机，MM-2000型，济南试验机厂。扫描电子显微镜（SEM），QUANTA200型，美国FEI公司。1.3CE/nm-SiC复合材料的制备将双酚A型氰酸酯油浴加热熔融，按质量分数加入定量预处理过的nm-SiC，在不断搅拌下升温至80℃，先用均质机高速搅拌1min，随后缓慢匀速搅拌10min，注入预热过的模具中，然后连同模具一起放入恒温真空干燥箱中，保持温度（80±1）℃，抽真空至无气泡逸出，按照工艺80℃/1h+100℃/1h+120℃/1h+150℃/1h+180℃/1h+200℃/2h进行固化处

5、理和220℃/3h后固化处理，自然冷却至室温后，按要求加工成试样板材，制得(b)CE/nm-SiC复合材料。同法制取纯CE试样(a)纯CE，作比较用。──────────────────────基金项目：陕西省科技计划项目（2010K06-07）和陕西省教育厅专项基金（2010JK547）。作者简介：张文根(1959-)，男，陕西富平人，教授，从事氰酸酯基纳米复合材料研究。联系地址及方式：714000陕西●渭南师范学院复合材料工程中心，13571329506，wntczwg@163.com。51.4性能测试与表征在MM-2000摩擦磨损试验机上测试材料试样的磨损率和稳定摩擦系数，试样和对偶件用

6、600#金相砂纸打磨经丙酮超声清洗并晾干，摩擦对偶件为AISI1045钢环。试验条件：大气氛围，室温（25±2）℃，空气相对湿度40～45%，载荷（F）200N，对偶环转速200r/min，摩擦时间120min。通过测定摩擦力矩计算摩擦系数，数值由试验机配置的计算机直接采集，稳定摩擦系数取值为达到稳定磨损状态后60min内的平均值。采用精度为0.01mg电子天平测量试样的摩擦质量耗损Δm（g），并由测得的材料密度ρ（g/cm3）和摩擦滑动行程L（m），计算磨损率ω（mm3/N·m）。用QUANTA200扫描电子显微镜观察对偶钢环表面的转移膜和磨损表面的形貌特征，分析其磨损机理。扫描条件：摩擦表

7、面经喷金处理，扫描加速电压20kV。2结果与讨论2.1nm-SiC对复合材料耐磨性的影响图1为nm-SiC含量对复合材料磨损率的影响曲线。从图1可以看出，随着nm-SiC质量分数的增加，CE/nm-SiC复合材料的磨损率呈现凹峰形状变化，当nm-SiC质量分数为1.0%时复合材料的磨损率达到了最低值。在氰酸酯基纳米复合材料中，nm-SiC填料发挥耐磨作用的前提是，在摩擦过程中能够以一定比例的粒子出