超支化聚合物接枝改性纳米无机粒子及其环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能研究

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1、中山大学博士学位论文超支化聚合物接枝改性纳米无机粒子及其环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能研究姓名：喻颖申请学位级别：博士专业：高分子化学与物理指导教师：章明秋20100520中山大学博Jj学位论文超支化聚合物接枝改性纳米无机粒子及其环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能研究专业：高分子化学与物理博士生：喻颖指导教师：章明秋教授摘要环氧树脂具有优良的机械性能、粘结性能、抗化学腐蚀性、低吸水性能及良好的电气绝缘性能，以及易于成形加工、成本低廉等优点，广泛应用于粘合剂、涂料、电气绝缘材料等方面，是工业领域不可缺少的基础材料。但是由于固化后的环氧树脂

2、高度交联，使其变得脆而硬，耐疲劳性、耐冲击性较差，作为摩擦材料在与对偶件对磨时容易发生脆性断裂，摩擦磨损性能较差。本论文以改善环氧树脂的摩擦磨损性能为主要目标，选用纳米Si02和纳米A1203填充环氧树脂。为了改善纳米粒子在环氧树脂基体中的分散性，提高粒子与基体之间的界面结合力以及摩擦时粒子／基体界面的热稳定性，采用“graftingto”和“graffingfrom”两种方法对纳米粒子进行超支化表面改性。第一种方法是以3，5．二氨基苯甲酸为反应单体，利用缩聚反应，通过简单的“一步法”在经过偶联剂处理过的纳米粒子表面原位接枝超支化聚

3、酰胺，得到改性粒子Si02一g-HBPA和A1203一g-HBPA。重点研究了反应条件对于接枝物结构(支化度、分子量和分子量分布)的影响，并通过模拟试验证实接枝超支化聚酰胺的端氨基可参与环氧基体的固化，DSC研究表明加入改性粒子使中山大学博士学位论文反应活化能减小。第二种方法是将纳米Si02用六亚甲基二异氰酸酯预处理，在表面引入活性异氰酸酯基，再与超支化聚酯H20发生接枝反应，得到改性粒子Si02．g-H20。红外光谱证明Si02．g-H20表面的端羟基不参与环氧固化网络，DSC研究证明其羟端基只对固化过程有催化作用。纳米Si02、

4、纳米A1203经过表面超支化接枝改性后，得到的Si02．g．HBPA、A1203一g-HBPA、Si02一g-H20在不同填充量下均可不同程度地进一步提高复合材料的减摩耐磨性能。载荷为3MPa时，纯环氧树脂的摩擦系数为0．54，比磨损率为3．15x104ram3／Nrm；而纳米Si02一g-HBPA填充量为4wt．％可使复合材料的摩擦系数降至0．3，比磨损率在填充量为8wt．％低至4．1x10*mm3／Nm；纳米A1203．g-HBPA填充量为5wt．％时复合材料摩擦系数降至0．4，比磨损率在填充量为8wt．％低至6．2×10"6m

5、m3／Nm；纳米Si02．g-H20填充量为8wt．％可使复合材料的摩擦系数降至O．31，比磨损率在填充量为12．叭．％降至7．3x10击mm3／Nm。通过对复合材料磨损表面的SEM、AFM、XPS、表面硬度表征及对磨钢环表面进行SEM扫描及EDS表征，分析其减磨耐磨机理可知：表面改性可明显改善纳米粒子的团聚状态，均匀分散在树脂基体中，增强材料的承载能力；超支化聚酰胺表面接枝改性使纳米粒子表面引入丰富端氨基，可参与环氧树脂固化，增大了粒子与树脂基体间的界面作用力，使粒子在摩擦过程中脱落几率减小，从而减轻了磨粒磨损；改性粒子的加入还使

6、得材料在摩擦过程中降低了氧化降解程度；而界面作用力的增强使粒子在摩擦过程中从基体中脱落的形成松散磨料的几率减少，使复合材料的摩擦行为更为稳定，同时改性粒子可促进转移膜在对磨面的形成，提高与对磨面的粘结，使转移膜更加均匀细腻，达到保护基体和润滑的效果，使摩擦系数降低，达到减磨效果。通过与线形聚合物对比可知，超支化聚合物接枝改性纳米粒子对复合材料的减磨耐磨效果略优于线形聚合物接枝改性。关键词：纳米si02，纳米A1203，表面接枝，环氧树脂，复合材料，超支化聚合物，摩擦磨损Ⅱ中山大学博一Ij学位论文Nanoparticlesgrafte

7、dwithhyperbranchedpolymersandtribologicalperformanceoftheirepoxycompositesMajor：PolymerChemistryandPhysicsName：YingYuSupervisor：Prof．MingqiuZhangAbstractEpoxyresinisanimportantindustrialmaterial，whichhasbeenextensivelyusedinthefieldofadhesives，coatingandelectricinsulat

8、ors，becauseofitsbalancedmechanicalproperties，adhesivity,chemicalresistance，eta1．Nevertheless，itbecomestobehighlycross