冠醚铜对UHMWPE改性及纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研究

论文摘要

本论文研究内容包括以下两个方面的工作: 一、冠醚铜对UHMWPE改性的研究 UHMWPE是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,但其熔融时粘度高,成型困难;作为摩擦材料时,摩擦系数低,耐磨性好,但耐热性差,导热率低,使用温度范围小。本课题通过冠醚铜对UHMWPE进行填充改性,考察它对UHMWPE熔体流动性、摩擦磨损性能的影响。主要结论如下: 1.制备了18-冠-6和15-冠-5两种冠醚与硝酸铜、氯化铜的配合物,用元素分析、红外光谱分析了配合物的结构,用DSC扫描仪考察了它们的热分解过程。18-冠-6配合物中过渡金属阳离子与硝酸根、配位水的氧原子结合,再通过配位水的氢原子,以氢键的形式束缚冠醚;15-冠-5的配合物具有与碱金属配合物相类似的结构,存在金属与冠醚的直接作用。15-冠-5与硝酸铜配合物的分解温度超过了UHMWPE的加工温度,决定用它对UHMWPE进行填充改性。 2.采用模压法研制了UHMWPE材料、冠醚铜改性的UHMWPE复合材料,用环-块摩擦磨损试验机、销盘摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验研究,结果表明:加入少量冠醚铜其摩擦系数略有降低,磨损量稍有增加,随着冠醚铜加入量的增加,摩擦系数基本保持不变,而磨损量却明显加大,说明冠醚铜抗摩减磨性能不十分理想。采用熔融指数仪测试其熔体流动性,发现加入少量冠醚铜可以明显降低UHMWPE的熔体粘度,改善流体的流动性能,有望解决UHMWPE难以加工的难题。 二、纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研究 聚醚酮酮是一种新型的热塑性耐热高分子材料,具有优异的机械力学性能、耐溶剂抗化学腐蚀性能、抗辐射和阻燃性等。纳米碳管具有独特的结构,优异的力学性能、热稳定性与导电性能,将纳米碳管与高分子材料进行复合,充分发挥各自的优点,以获得性能更加优异的纳米复合材料。本论文以纳米碳管为填料,通过原位聚合法制备了纳米碳管/聚醚酮酮复合材料,对其性能进行了研究。主要结论如下: 1.以对苯二甲酰氯、二苯醚为反应单体,1,2-二氯乙烷为溶剂、无水AlCl3/DMF为复合催化剂,采用低温溶液缩聚法合成聚醚酮酮。 2.考察原料配比、催化剂用量、反应时间等几种反应条件对合成聚醚酮酮分子量的影响,以得到了适宜的合成条件。合成聚醚酮酮的最佳实验条件为:单体摩尔比为1∶1,AlCl3/TPC摩尔比为3.8～4.2,DMF/TPC摩尔比为1.8～2.2,反应时间为20小时。 3.用红外光谱对聚醚酮酮结构进行表征,用热重分析仪、差示扫描量热仪

论文目录

• 第一部分 冠醚铜对UHMWPE改性的研究
• 第1章 引言
• 1.1 冠醚与过渡金属的配合物
• 1.1.1 固体配合物的制备
• 1.1.2 配位性能
• 1.2 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）
• 1.2.1 超高分子量聚乙烯的性能
• 1.2.2 高聚物的磨损机理
• 1.2.3 超高分子量聚乙烯的改性
• 1.3 该部分的研究目的、意义及内容
• 第2章 冠醚铜的制备和表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原料
• 2.1.2 冠醚铜配合物的制备
• 2.1.3 冠醚铜的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 元素分析
• 2.2.2 红外光谱
• 2.2.3 DSC热分析
• 第3章 超高分子量聚乙烯/冠醚铜复合材料的研究
• 3.1 成型方法的选择
• 3.2 试样的制备
• 3.2.1 试验原料
• 3.2.2 试验设备
• 3.2.3 成型工艺
• 3.3 复合材料性能测试
• 3.3.1 摩擦性能测试
• 3.3.2 流动性能测试
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 摩擦磨损试验结果与分析
• 3.4.2 流动性能测试结果与分析
• 第4章 结论
• 第二部分 纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研究
• 第5章 引言
• 5.1 纳米碳管
• 5.1.1 纳米碳管的结构及种类
• 5.1.2 纳米碳管的特性
• 5.1.3 纳米碳管的修饰
• 5.1.4 纳米碳管的应用
• 5.2 纳米碳管/聚合物复合材料的研究进展
• 5.2.1 纳米碳管的化学特性
• 5.2.2 纳米碳管/聚合物复合材料的制备方法
• 5.2.3 纳米碳管/聚合物复合材料的性质
• 5.2.4 制备纳米碳管/聚合物复合材料中存在的问题
• 5.3 聚醚酮酮
• 5.4 该部分的研究目的、意义及内容
• 第6章 聚醚酮酮的合成与表征
• 6.1 实验原料
• 6.2 聚醚酮酮的合成与提纯
• 6.3 性能测试
• 6.3.1 特性粘度
• 6.3.2 红外光谱
• 6.3.3 差示扫描量热分析
• 6.3.4 热重分析
• 6.4 结果与讨论
• 6.4.1 聚合温度的影响与选择
• 6.4.2 单体配比的影响
• 3和DMF）用量的影响'>6.4.3 催化剂（AlCl₃和DMF）用量的影响
• 6.4.4 聚合时间的影响
• 6.4.5 反应体系中微量水的影响
• 6.4.6 聚醚酮酮的红外光谱分析
• 6.4.7 聚醚酮酮的热分析
• 6.4.8 聚醚酮酮的热重分析
• 第7章 纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研制
• 7.1 实验原料
• 7.2 纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的制备
• 7.3 性能测试
• 7.3.1 红外光谱
• 7.3.2 扫描电镜
• 7.3.3 差示扫描量热分析
• 7.3.4 热重分析
• 7.4 结果与讨论
• 7.4.1 红外光谱谱图
• 7.4.2 复合材料的分散性能
• 7.4.3 热性能
• 第8章 结论
• 参考文献
• 附录攻读硕士期间发表的论文
• 致谢