试析钛酸钾晶须增强ptfe基复合材料界面与组分及性能的研究

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1、南京工业大学硕士学位论文钛酸钾晶须增强PTFE基复合材料界面与组分及性能的研究姓名：陈东辉申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陆小华;冯新2002.1.1南京工业大学硕士学位论文摘要料是人类文明进步的物质基础，复合材料是材料中的新秀，它由基体相、增强相和界面相组成。复合材料的整体性能服从复合效应，表现为复合材料的性能在其组分材料基础上的线性和非线性的综合。聚合物基复合材料是复合材料中发展最快的一类，它具有一系列优越特性。界面、组分和工艺是复合材料设计、性能调节的三个关键技术，而界面性能往往对材料性能起决定性作用。人们通过调节界面

2、粘结特性可使复合材料的韧性和高强度之问达到合理的平衡。钛酸钟晶须具有优异的化学稳定性、力学性能，它可作复合材料的增强材料、摩擦材料等。由于晶须尺寸细微，能克服玻纤的诸多缺点，特别适合制造形状复杂、精度要求高的制品。PTFE因其十分优异的化学稳定性、极小的摩擦系数而被广泛地应用于化学化工、电子电气、宇航、军事等领域，但严重的蠕变、耐磨性差等缺点极大地限制了它的广泛应用。玻纤增强PTFE基本能满足工业上的一般要求，但是在化学、／工业强酸、强碱及高温的苛刻条件下，它显得无能为力。y／本文的思路是用既有优异化学稳定性，又有优良耐磨性的钛酸钾晶

3、须来填充PTFE，有希望得到既能抗蠕变、耐磨，又能保持原来优异化学稳定性的填充PTFE复合材料；与此同时，通过性能测试和各种形貌、结构表征手段研究p”Ⅳ增强PTFE基复合材料界面、组分和性能之间的规律关系。，本文首先建立了棒球填充模型，以模型预测使PTW增强PTFE基复合材料达到最佳综合性能的PTW含量范圈。实验数据证实了该模型能够在力学性能方面对纤维／聚合物体系填充剂含量的选择起重要的指导性作用。／—1通过平行实验探索不同的偶联剂和不同的填充剂含量对PTW增强PTFE基L复合材料性能的影响，通过SEM发现了PTW增强PTFE基复合材

4、料特有的缠丝结构和团聚现象。选择恰当的偶联剂可以显著改善界面黏结，从而实现对复合材料性能的全面提高。PTW增强PTFE基复合材料的热变形温度可达118℃，比纯PTFE提高了46℃，比GF／PTFE所能达到的最高热变形温度高出36℃；其拉伸强度和冲击强度可以分别比纯PTFE提高37％和27％，分别比GF／PTFE所能达到的最高值提高了24％．}1137％。籀l负选用各种表面活化剂改善PTW的流动性。发现CTAB、湿法偶联显著提高了PTW在水中的分散性：一般说来，PTW的堆积密度越小，其团聚和搭桥就越严重。将不同表面处理的PTw分别以10

5、％的比例填充PTFE，测试复合材料性能。发现表面活化剂能够明显改善PTw在基体中的分散性，但同时减弱了界面黏结，最终使复合材料的整体性能下降；而单独改善PTW在基体中的分散性对材料有增韧作用，湿法偶联因此能够大幅提高复合材料的韧性。本文还发现，根据平行试样的各项力学性能指标的位置互动关系可以明确地推断出各种表面处理对PTw在基体中的分散性和PTw与基体间界面粘结的贡献。测试不同种PTFE基复合材料在不同填充剂含量下的力学性能和热性能。测得PTW增强PTFE基复合材料拉伸强度和断裂伸长率的峰值对应的填充剂含量为5％左右，冲击强度峰值对应

6、的填充剂含量为15％左右，而热变形温度峰值对虚的填充剂含量为20％左右。以GF／PTFE作为参比样，在各种摩擦条件下，以SRV摩擦磨损试验机研究了T-PTW／PTFE系列的摩擦学特性。发现在载荷为200N时，T-PTW／PTFE的摩擦系数比GF／PTFE的更稳定；在相同试验条件下，T-PTW／PTFE的磨损量略高于GF／PTFE的磨损量；T．PTw，PTFE和GFfPTFE的负荷极限和滑行速度极限均比纯PTFE的有所增高；高温(200℃)使T-PTW／PTFE的耐磨性增强，使GF／PTFE的耐磨性减弱。在常温下和在55℃的恒温水浴中，

7、将～定填充剂含量的PTW／PTFE、GF伊TFE和PTFE试样分别浸置于浓酸和浓碱中，发现经表面偶联处理的PTW增强PTFE基复合材料有着优异的耐碱性能，但耐酸性不如想象的好；GF，PTFE的耐酸性很＼八好，但不耐碱；温度的升高会加快材料的腐蚀速度。、)、√笑键词：复合材料钛酸钾品须聚四氟乙烯界面改性力学性能摩擦学性能南京工业大擘硕士学位论文ABSTRACTMaterialsarethebaseofadvanceofhumancivilization．Invariousmaterials，compositeisapromisingon

8、e．Compositesconsistofmatrixphase，reinforcingphaseandinterface．Theglobalperformanceofcompositesobeysrecombinant