自潤滑微膠囊-聚合物復(fù)合材料的制備及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、本論文采用原位聚合法制備了以甲基硅油為芯材，三聚氰胺-甲醛樹脂為壁材的自潤滑微膠囊（MCLMs）。將其作為潤滑添加劑，通過本體聚合法制備了自潤滑微膠囊（MCLMs）/聚苯乙烯（PS）復(fù)合材料；通過原位合成法將MCLMs與聚氨酯（PU）摻雜，并加入表面改性處理的短碳纖維（SCF）作為潤滑增強(qiáng)相，制備得到MCLMs/PU二元及SCFs/MCLMs/PU三元復(fù)合材料；將表面改性后的六鈦酸鉀晶須（PTWs）與MCLMs進(jìn)行共混，分散于環(huán)氧樹脂（

2、EP）基體中，通過模具澆注法制備了MCLMs/EP二元及MCLMs/PTWs/EP三元共混復(fù)合材料。分別考察了不同MCLMs含量、不同增強(qiáng)相（SCFs及PTWs）對基體材料力學(xué)性能和摩擦性能的影響，研究材料結(jié)構(gòu)與其摩擦學(xué)性能的關(guān)系，并對復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)理進(jìn)行了探討，具體研究內(nèi)容如下：
　　采用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）表征了MCLMs的表觀形貌；采用粒度分析儀、納米壓痕測試儀、TG/DTA-6300測試

3、儀分別考察了MCLMs的粒徑分布、微膠囊微觀硬度、熱穩(wěn)定性；利用高速環(huán)塊摩擦磨損試驗機(jī)、TGA和微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)評價了不同條件下復(fù)合材料的摩擦磨損性能、熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能，同時通過對復(fù)合材料的磨損形貌的分析，探討其摩擦磨損機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明，原位聚合法制備得到的自潤滑微膠囊（MCLMs）粒徑均一、球形結(jié)構(gòu)清晰，粒徑大小為～5μm。納米壓痕測試得到在固定加載深度下微膠囊殼層硬度達(dá)17.02MPa，同時MCLMs在基體材

4、料中分散均勻，相容性良好；MCLMs/PS復(fù)合材料力學(xué)性能和摩擦性能測試表明：15%的MCLMs對 PS能起到良好的增韌和減摩作用，復(fù)合材料的平均摩擦系數(shù)和磨損率分別下降了68.66%和92%。同時由于微膠囊芯材物質(zhì)的增塑作用，MCLMs/PS復(fù)合材料的韌性有所提高；MCLMs/PU二元及SCFs/MCLMs/PU三元復(fù)合材料力學(xué)性能和摩擦性能表明：10%的MCLMs與PU復(fù)合后，平均摩擦系數(shù)和磨損率分別降低了42.2%和94.14%，

5、但力學(xué)性能（強(qiáng)度、模量）有所降低。當(dāng)加入15%的碳纖維后，三元復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度分別較二元復(fù)合材料提高了16.89%和43.2%，與此同時三元復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能較二元復(fù)合材料有了進(jìn)一步提高；MCLMs/EP二元及PTWs/MCLMs/EP三元復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能、摩擦性能測試表明：MCLMs的加入，使MCLMs/EP二元復(fù)合材料的摩擦磨損性能被明顯改善，但力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性下降。與此同時，對于PTWs/MCLMs/

6、EP三元復(fù)合材料，由于PTWs與MCLMs的協(xié)同作用，三元復(fù)合材料減摩抗磨效果更顯著，并且力學(xué)性能相對于二元復(fù)合材料有了明顯提高。對PU及EP復(fù)合材料摩擦機(jī)理的研究表明：微膠囊破損后釋放的甲基硅油，在摩擦界面上形成一層潤滑轉(zhuǎn)移膜，并向?qū)ε济孓D(zhuǎn)移，從而阻止了基體材料與對偶面的直接接觸，使得復(fù)合材料減摩抗磨性提高，此時的潤滑機(jī)理為輕微的粘著磨損。對于三元復(fù)合材料，一方面，第三體增強(qiáng)相（碳纖維及鈦酸鉀晶須）使復(fù)合材料的抗剪切能力提高，另一方面