坡缕石矿物的提纯、纳米制备及其PF复合后的摩擦学性能研究

论文摘要

利用无机的硅酸盐矿物纳米进行聚合物复合改性的研究已经取得令人瞩目的成果,如日本研究人员用插层法制备尼龙-6/蒙脱土纳米复合材料,大幅度提高了尼龙的力学性能,引起了人们的关注,中科院化学所研制出了强度高、重量轻、热稳定性优良以及二维方向上得到增强的聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料。这表明,矿物硅酸盐/聚合物纳米复合材料是目前材料学研究的热点之一。由于纳米粒子的表面能高,在聚合物中不易分散,对于层状的蒙脱土,人们通常通过聚合时的热效应撑开其纳米间距的片晶而获得蒙脱土的纳米级的分散,并取得良好的分散效果。坡缕石在矿物学上隶属于海泡石族,又名凹凸棒石,是一种具有纤维状结构的水合镁铝硅酸盐,是一种天然的一维纳米材料,结构式为:Mg5[SiO10]2（OH）2·4H2O,坡缕石也是制备聚合物纳米复合材料的理想的矿物资源,但它不具备层状结构,不能用插层法分散,故坡缕石纳米制备及其在聚合物体系中的分散研究是聚合物/坡缕石纳米复合材料制备的关键性问题之一。本研究是国家自然科学基金项目和贵州省国际科技合作重点项目的重要工作内容,目的在于获得高纯度坡缕石矿物及其尺寸分布良好的坡缕石纳米粒子,以便进行高分子聚合物的复合改性。本文详细论述了用于摩擦材料基体树脂复合改性的坡缕石矿物的提纯及其纳米粒子的制备工艺,为基体树脂的改性及其摩擦制品性能的提高提供基础。本研究过程和方案是:首先,通过正交试验法确定和优化坡缕石矿物提纯的工艺参数,然后使用单因素法试验确定纳米制备的工艺参数,即:将提纯所得高纯度坡缕石矿物分别应用干式、湿式、干-湿式和湿-干式球磨法制备坡缕石纳米粒子,经电镜扫描检测分析,确定干-湿法为球磨工艺为最佳工艺,并通过多组对比试验,确定装载量、球磨时间等相应工艺参数。文章第四、五章为坡缕石纳米粒子的应用举例,详尽阐述了坡缕石纳米在酚醛树脂改性试验及其摩擦材料中的应用,对比了坡缕石纳米粒子的分散性、尺寸性对摩擦材料性能的影响。从研究结果来看,经过优化的提纯和球磨制备工艺获得的坡缕石纳米分别应甩予摩擦材料基体酚醛树脂（PF）改性,明显提高了树脂的耐热性,其摩擦制动产品抗热衰退能力提高、摩擦系数稳定,磨损率降低,改善了摩擦片材料特别是在高温工作区域的摩擦磨损性能。

论文目录

• 中文摘要
• SUMMARY
• 第一章 绪论
• 1.1 坡缕石矿物国内外应用现状及开发前景
• 1.2 坡缕石矿物特性
• 1.3 纳米材料简介
• 1.3.1 纳米材料的概念分类
• 1.3.2 纳米材料的奇异性质
• 1.4 聚合物纳米复合材料的简介
• 1.5 本研究的内容、意义、目的及创新点
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 本研究的创新点
• 1.5.3 本研究的特色
• 1.6 所选课题来源
• 第二章 坡缕石纳米原矿处理及提纯工艺
• 2.1 坡缕石矿物提纯方法和原理
• 2.1.1 坡缕石矿干式提纯
• 2.1.2 坡缕石矿湿式提纯
• 2.1.3 坡缕石矿提纯方法的对比和选择
• 2.2 X衍射检测
• 2.2.1 X衍射检测的定性分析
• 2.2.2 X衍射检测的定量分析
• 2.3 提纯实验部分
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 正交试验设计
• 2.3.3 提纯工艺过程
• 2.3.4 检测与正交分析
• 2.4 结果与讨论
• 第三章 坡缕石纳米的制备工艺
• 3.1 颗粒纳米材料制备方法
• 3.2 坡缕石纳米制备方法的选用
• 3.3 坡缕石纳米的球磨制备
• 3.3.1 坡缕石球磨制备机理
• 3.3.2 坡缕石纳米制备试验部分
• 3.3.2.1 实验材料
• 3.3.2.2 不同矿物装载量、球磨时间的设计
• 3.3.2.3 不同球磨方法及其参数的设计
• 3.3.3 检测与分析
• 3.3.3.1 坡缕石纳米粒度检测与表征
• 3.3.3.2 结果与讨论分析
• 3.3.4 干-湿球磨实验对比及结论分析
• 3.3.4.1 实验部分
• 3.3.4.2 结果讨论分析
• 第四章 坡缕石纳米基体树脂改性
• 4.1 聚合物/无机纳米材料的制备方法简介
• 4.2 摩擦材料基体树脂（PF）的纳米复合制备实验部分
• 4.2.1 实验原料及设备
• 4.2.2 原位法坡缕石纳米/桐油双改性PF的制备
• 4.3 检测与分析
• 4.3.1 坡缕石及其纳米在聚合物中的状态
• 4.3.2 改性复合树脂的热失重分析
• 4.4 试验结果与讨论
• 第五章 摩擦性能试验与分析
• 5.1 摩擦材料技术要求
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试样制备及检测设备
• 5.2.2 摩擦片试样制备
• 5.3 测试与分析
• 5.4 试验结果与讨论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 小结
• 6.2 未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录