多維自組裝納米粒子對環(huán)氧（酚醛）樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能研究.pdf

1、熱固性樹脂由于其交聯(lián)反應不可逆，加熱或與固化劑反應發(fā)生交聯(lián)變成不溶不熔的網(wǎng)狀產物，而具有較好的耐溫性能。環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂作為兩種最為典型的熱固性樹脂，廣泛應用于涂料、膠黏劑，后者因其耐熱性高、力學強度優(yōu)異、難燃和良好的加工性能而普遍用于摩擦材料粘結劑中。
　　針對純環(huán)氧樹脂耐磨性較差，文章采用對納米SiO2及氧化石墨烯（GO）進行靜電自組裝形成的核殼結構物質（SiO2@GO）對環(huán)氧樹脂進行改性增強其耐磨性。研究利用LSR-2M型

2、高速往復摩擦磨損試驗機，在干摩擦條件下通過不同的納米填料含量探索其對環(huán)氧樹脂及其納米復合材料的摩擦磨損性能的影響，并且討論了摩擦磨損機理。結果表明：核殼納米填料 SiO2@GO使復合材料的力學性能及摩擦磨損性能有所提高。當SiO2@GO含量為0.5 wt%時，環(huán)氧樹脂基復合材料的力學性能最好，同時其磨損率和摩擦系數(shù)最低且穩(wěn)定，耐磨性好；同時對比納米填料 SiO2和經硅烷偶聯(lián)劑表面改性后的納米填料SiO2-NH2含量均為0.5 wt%時，

3、復合材料的力學性能和摩擦磨損性能也都有所提高，但改性增強的效果SiO2@GO＞SiO2-NH2＞SiO2。
　　摩擦材料是一種多元組分的復合材料，除三大主要組分（粘結劑、增強纖維和摩擦性能調節(jié)劑）外，還有其它配合劑等加工制備而成，其中主體構成為纖維、礦物填料、增摩和減摩材料。摩擦材料的核心部分是作為主要成分的粘結劑，用量通常占比為8～25%。其中以各種形式的改性酚醛樹脂（PF）基摩擦材料應用最早，使用量最大，這是由于純酚醛樹脂（2

4、123樹脂）在實際應用中的性能不盡如人意，本研究采用的摩擦材料的粘結劑為丁腈橡膠改性酚醛樹脂。增強組分包括形態(tài)為（一維）纖維、（二維）片狀，尺度為微納米材料，或多維度、多尺度和多材質的多維復合增強體系對摩擦材料的強度均有重要影響。而單一的增強方式難以同時滿足受溫度、壓力、摩擦速度等影響的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性、較好耐磨性和一定機械強度及物理性能等的綜合性技術要求。由此多維復合增強體系可通過其優(yōu)勢互補及協(xié)同效應達到具有一定綜合性能的多元復合共增強

5、體系。
　　一些二維片層材料由于其低剪切強度和低硬度而廣泛應用于摩擦材料中的減摩材料或潤滑劑中，如石墨、二硫化鉬、云母等。α-磷酸鋯（α-ZrP）是一種陽離子化合物，具有規(guī)整的二維片層狀結構，由于其尺寸可控，具有高熱化學穩(wěn)定性、高表面能、高離子交換、易剝分性和表面官能團可設計性等特點，而用于潤滑劑研究中。文章以不同層間距的磷酸鋯，有機膦酸鋯(OZrP)、氧化石墨烯(GO)、二氧化硅(SiO2)組合的SiO2-GO-Zr(AE)3P

6、(SZG)增強填料分別對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性的影響進行了研究探索。研究結果表明：
　　（1）不同層間距的磷酸鋯包括有α-磷酸鋯及其聚醚胺插層衍生物（聚醚胺D230/α-ZrP、聚醚胺D400/α-ZrP）對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能有所提高。其中，在室溫下干摩擦條件下，當α-ZrP含量為1 wt%時，α-ZrP/PF摩擦材料的摩擦系數(shù)相較空白酚醛樹脂基摩擦材料降低最大且穩(wěn)定，同時其磨損量也是相應最小，即其耐磨性好。

7、在上述相同條件下，添加含量均為1wt%時，不同層間距的聚醚胺插層改性后的磷酸鋯（聚醚胺D230/α-ZrP、聚醚胺D400/α-ZrP）對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦系數(shù)的有效調節(jié)程度是不同的。
　?。?）相對于單一的二維片狀增強方式，SiO2-GO-Zr(AE)3P(SZG)復合增強材料具備有更好的摩擦穩(wěn)定性和耐磨性能以及熱穩(wěn)定性，這是由于其幾種材料之間的協(xié)同效應。改性球形二氧化硅能改善復合材料的熱衰退和恢復性能，還能提高復合材料的

8、耐磨性。片層材料的二乙烯三胺有機膦酸鋯作為增強材料對復合材料的摩擦磨損性能也有一定的提高作用。作為既起橋梁作用連接二氧化硅與有機膦酸鋯的氧化石墨烯(GO)同時也起到作為減摩材料調節(jié)材料的摩擦系數(shù)以及降低磨損的作用。因此，由零維的球形材料和二維片層材料組合成的復合增強材料（SZG）能有效地改善和提高酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能。研究發(fā)現(xiàn)，當SZG含量為5 wt%時，摩擦材料的磨損率相較參比酚醛樹脂基摩擦材料的降低約55%，同時其熱衰退