超支化聚合物接枝改性納米無機(jī)粒子及其環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的機(jī)械性能、粘結(jié)性能、抗化學(xué)腐蝕性、低吸水性能及良好的電氣絕緣性能，以及易于成形加工、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于粘合劑、涂料、電氣絕緣材料等方面，是工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)材料。但是由于固化后的環(huán)氧樹脂高度交聯(lián)，使其變得脆而硬，耐疲勞性、耐沖擊性較差，作為摩擦材料在與對偶件對磨時(shí)容易發(fā)生脆性斷裂，摩擦磨損性能較差。
　　 本文以改善環(huán)氧樹脂的摩擦磨損性能為主要目標(biāo)，選用納米SiO2和納米Al2O3填充環(huán)氧樹脂。為了

2、改善納米粒子在環(huán)氧樹脂基體中的分散性，提高粒子與基體之間的界面結(jié)合力以及摩擦?xí)r粒子/基體界面的熱穩(wěn)定性，采用“grafting to”和“grafting from”兩種方法對納米粒子進(jìn)行超支化表面改性。
　　 第一種方法是以3，5-二氨基苯甲酸為反應(yīng)單體，利用縮聚反應(yīng)，通過簡單的“一步法”在經(jīng)過偶聯(lián)劑處理過的納米粒子表面原位接枝超支化聚酰胺，得到改性粒子SiO2-g-HBPA和Al2O3-g-HBPA。重點(diǎn)研究了反應(yīng)條件對于接

3、枝物結(jié)構(gòu)(支化度、分子量和分子量分布)的影響，并通過模擬試驗(yàn)證實(shí)接枝超支化聚酰胺的端氨基可參與環(huán)氧基體的固化，DSC研究表明加入改性粒子使反應(yīng)活化能減小。第二種方法是將納米SiO2用六亞甲基二異氰酸酯預(yù)處理，在表面引入活性異氰酸酯基，再與超支化聚酯H20發(fā)生接枝反應(yīng)，得到改性粒子SiO2-g-H20。紅外光譜證明SiO2-g-H20表面的端羥基不參與環(huán)氧固化網(wǎng)絡(luò)，DSC研究證明其羥端基只對固化過程有催化作用。
　　 納米SiO2

4、、納米Al2O3經(jīng)過表面超支化接枝改性后，得到的SiO2-g-HBPA、Al2O3-g-HBPA、SiO2-g-H20在不同填充量下均可不同程度地進(jìn)一步提高復(fù)合材料的減摩耐磨性能。載荷為3MPa時(shí)，純環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)為0.54，比磨損率為3.15×10-4 mm3/Nm；而納米SiO2-g-HBPA填充量為4wt.％可使復(fù)合材料的摩擦系數(shù)降至0.3，比磨損率在填充量為8wt.％低至4.1×10-6mm3/Nm；納米Al2O3-g-HB

5、PA填充量為5wt.％時(shí)復(fù)合材料摩擦系數(shù)降至0.4，比磨損率在填充量為8wt.％低至6.2×10-6mm3/Nm;納米SiO2-g-H20填充量為8wt.％可使復(fù)合材料的摩擦系數(shù)降至0.31，比磨損率在填充量為12.wt.％降至7.3×10-6mm3/Nm。
　　 通過對復(fù)合材料磨損表面的SEM、AFM、XPS、表面硬度表征及對磨鋼環(huán)表面進(jìn)行SEM掃描及EDS表征，分析其減磨耐磨機(jī)理可知：表面改性可明顯改善納米粒子的團(tuán)聚狀態(tài)，均

6、勻分散在樹脂基體中，增強(qiáng)材料的承載能力；超支化聚酰胺表面接枝改性使納米粒子表面引入豐富端氨基，可參與環(huán)氧樹脂固化，增大了粒子與樹脂基體間的界面作用力，使粒子在摩擦過程中脫落幾率減小，從而減輕了磨粒磨損；改性粒子的加入還使得材料在摩擦過程中降低了氧化降解程度；而界面作用力的增強(qiáng)使粒子在摩擦過程中從基體中脫落的形成松散磨料的幾率減少，使復(fù)合材料的摩擦行為更為穩(wěn)定，同時(shí)改性粒子可促進(jìn)轉(zhuǎn)移膜在對磨面的形成，提高與對磨面的粘結(jié)，使轉(zhuǎn)移膜更加均勻細(xì)