论文题目: 纳米氧化物表面改性与分散技术及其在高分子摩擦材料中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 车剑飞
导师: 汪信,陆路德,杨绪杰
关键词: 纳米氧化物,表面改性分散,高分子材料,摩擦材料,复合材料
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米摩擦学是九十年代以来摩擦学基础研究领域最活跃也是材料科学与摩擦学交叉领域最前沿的分支学科之一,但纳米粒子能否在复合材料中发挥作用与其界面作用和分散行为密切相关。本课题采用接枝法在纳米氧化物表面形成聚合物修饰层,利用修饰层的空间位阻效应提高纳米粒子在高分子基体中的分散稳定性,从而制备高分散低填充纳米复合材料,以期获得更加优异的性能。 分别采用直接法、偶联剂法、TDI活化法对纳米氧化物进行表面接枝聚缩醛改性,采用缩合聚合法对纳米氧化物进行表面接枝聚对苯二甲酸丁二醇酯预聚物改性,结果表明接枝改性后接枝物分子链与纳米氧化物表面上官能团发生了化学键合,接枝物主要分布在纳米氧化物的表面,而在体相中独立存在的几率较小;接枝改性纳米氧化物粒径明显增大,粒子中间颜色较深,周围颜色较浅,呈现较为明显的核壳状结构;未改性纳米氧化物在有机溶剂中存在着严重的团聚,而接枝纳米氧化物的分散达到了理想状态,几乎所有颗粒都以原生粒子的状态单独分散,颗粒间无任何团聚或粘连。 改性纳米氧化物填充POM、PBT基纳米复合材料研究表明接枝改性纳米氧化物在树脂中可均匀地分散,基本无团聚发生;大部分纳米颗粒由树脂包覆着,纳米氧化物与基体聚合物间的界面不清晰,说明两者相容性较好,存在较强的界面间相互作用;纳米复合材料的强度和材料韧性得到改善,对韧性的改性尤为明显,这是由于接枝物与基体树脂高分子链发生交联、缠绕,形成纳米复合材料的柔性界面层;纳米氧化物经接枝改性后减摩抗磨作用进一步增强,含接枝改性纳米氧化物复合材料的摩擦系数明显低于纯树脂基体及含相同体积分数未经表面改性处理填料的复合材料的摩擦系数;比磨损率也明显降低。 采用原位法改性硼酚醛树脂时纳米氧化物的加入对早期反应有一定影响,但对树脂的最终分子结构没有影响;纳米氧化物可显著提高酚醛树脂耐热性,原位生成法改性酚醛树脂初始分解温度较混合添加型酚醛树脂高出150℃;纳米氧化物的用量对树脂的表观粘度影响较大,导致粘度下降的作用是隔离增塑作用,导致粘度上升的作用是吸附交联作用;纳米TiO2改性硼酚醛由于初始分解温度提高,摩擦材料工作条件下的热分解产物减少,有利于稳定材料高温摩擦系数,其流动性能的改善又大大改善了界面粘结性能,从而又可提高摩擦材料的磨耗性能和冲击性能。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 高分子材料的摩擦学特性
1.2 纳米粒子改性高分子材料的摩擦学研究
1.3 纳米粒子改性高分子材料的减摩抗磨机理
1.3.1 界面束缚作用
1.3.2 薄膜润滑作用
1.3.3 支撑负荷的‘滚珠轴承’作用
1.4 纳米粒子改性高分子材料摩擦学研究中的不足
1.4.1 分散技术
1.4.2 界面处理
1.5 纳米粒子的表面改性的目的及方法
1.5.1 纳米粒子的表面改性的目的
1.5.2 纳米粒子的表面改性的方法
1.5.2.1 表面物理吸附、包覆改性
1.5.2.2 表面化学改性
1.5.2.3 表面接枝改性
1.5.2.4 机械化学改性
1.6 纳米粒子表面接枝改性的理论背景
1.7 本文设想及创新之处
参考文献
2 纳米氧化物表面接枝聚缩醛改性及其填充聚甲醛研究
2.1 概述
2.1.1 主要性能
2.1.1.1 力学性能
2.1.1.2.摩擦性能
2.1.1.3 热学性能
2.1.1.4 耐化学药品性能
2.1.1.5 电气性能
2.1.1.6 成型性能
2.1.2 聚甲醛摩擦性能的不足与改性技术
2.1.2.1 耐磨聚合物合金改性
2.1.2.2 含油改性
2.1.2.3 无机润滑剂改性
2.1.2.4 纤维增强改性
2.1.2.5 金属粉末改性
2.1.2.6 嵌断共聚改性
2.1.3 本章研究设计思想和工作路线
2.2 直接法接枝聚缩醛改性纳米氧化物
2.2.1 理论背景
2.2.2 实验
2.2.2.1 药品与试剂
2.2.2.2 实验方法
2.2.2.3 表征方法与仪器
2.2.3 结果与讨论
2.2.3.1 红外表征
2.2.3.2 TG分析
2.2.3.3 分散性研究
2.3 偶联剂法接枝聚缩醛改性纳米氧化物
2.3.1 理论背景
2.3.2 实验
2.3.2.1 药品与试剂原料
2.3.2.2 实验方法
2.3.2.3 表征方法与仪器
2.3.3 结果与讨论
2.3.3.1 改性纳米SiO_2的红外光谱分析
2.3.3.2 改性纳米TiO_2的红外光谱分析
2.3.3.3 改性纳米Al_2O_3的红外光谱分析
2.3.3.4 TG分析
2.3.3.5 改性纳米氧化物的分散性研究
2.4 TDI活化法接枝聚缩醛改性纳米氧化物
2.4.1 理论背景
2.4.2 实验部分
2.4.2.1 原料与试剂
2.4.2.2 实验方法
2.4.2.3 表征方法与仪器
2.4.3 TDI活化法接枝聚缩醛改性纳米SiO_2结果与讨论
2.4.3.1 红外光谱图分析
2.4.3.2 TDI反应程度
2.4.3.3 热失重曲线分析
2.4.3.4 纳米SiO_2表面接枝修饰的XPS研究
2.4.3.5 沉降性实验
2.4.3.6 TEM和AFM分析
2.4.4 TDI活化法接枝聚缩醛改性纳米Al_2O_3结果与讨论
2.4.4.1 FTIR分析
2.4.4.2 TDI反应程度
2.4.4.3 TGA分析
2.4.4.4 XPS分析
2.4.4.5 沉降性实验
2.4.4.6 TEM和AFM分析
2.4.5 TDI活化法接枝聚缩醛改性纳米TiO_2结果与讨论
2.4.5.1 FTIR分析
2.4.5.2 TDI反应程度
2.4.5.3 TGA分析
2.4.5.4 沉降实验
2.4.5.5 TEM和AFM分析
2.5 纳米氧化物接枝改性方法的综合评价
2.5.1 不同接枝改性方法对接枝率的影响
2.5.2 不同纳米氧化物的接枝率
2.5.3 不同接枝改性方法对分散性的影响
2.5.4 不同纳米氧化物的分散性
2.6 纳米氧化物填充改性聚甲醛树脂(POM)的研究
2.6.1 实验部分
2.6.1.1 实验原料及设备
2.6.1.2 实验方法
2.6.2 结果与讨论
2.6.2.1 纳米氧化物在POM中的分散研究
2.6.2.2 纳米氧化物填充POM的力学性能研究
2.6.2.3 纳米氧化物填充POM的摩擦学性能研究
2.7 小结
参考文献
3.纳米氧化物表面接枝Pre-PBT改性及其填充聚对苯二甲酸丁二醇酯研究
3.1 概述
3.1.1 PBT改性研究进展
3.1.1.1 玻璃纤维改性
3.1.1.2 无机颗粒改性
3.1.1.3 添加纳米粘土改性
3.1.2 本章研究设计思想和工作线路
3.2.纳米SiO_2表面接枝PBT预聚物改性研究
3.2.1 理论背景
3.2.2 实验部分
3.2.2.1 原料
3.2.2.2 实验方法
3.2.2.3 表面改性纳米氧化物及其复合材料的表征
3.2.3 结果及表征
3.2.3.1 红外光谱图分析
3.2.3.2 XPS分析
3.2.3.3 热失重曲线分析
3.2.3.4 纳米SiO_2表面接枝聚合物分子链链长研究
3.2.3.5 接枝聚合改性纳米SiO_2的沉降性实验
3.2.3.6 TEM和AFM分析
3.3 纳米TiO_2表面接枝PBT预聚物改性研究
3.3.1 实验部分
3.3.1.1 原料
3.3.1.2 实验步骤
3.3.2 结果与讨论
3.3.2.1 改性前后的红外谱图分析
3.3.2.2 改性前后的XRD谱图分析
3.3.2.3 改性前后TGA表征
3.3.2.4 改性后TEM照片
3.3.2.5 纳米TiO_2晶型对接枝反应的影响
3.4 纳米Al_2O_3表面接枝PBT预聚物改性研究
3.4.1 实验部分
3.4.1.1 原材料
3.4.1.2 实验步骤
3.4.2 结果与讨论
3.4.2.1 改性前后的红外谱图分析
3.4.2.2 改性前后的XRD谱图分析
3.4.2.3 TGA分析
3.4.2.4 TEM分析
3.5 不同粒子沉降实验比较
3.6 球磨法偏苯酸酐改性TiO_2
3.6.1 理论背景
3.6.2 实验部分
3.6.1.1 实验原料与仪器
3.6.1.2 实验方法
3.6.3 结果与讨论
3.6.3.1 改性前后的红外光谱分析
3.6.3.2 球磨前后XRD图谱分析
3.6.3.3 不同球磨时间的红外光谱图分析
3.6.3.4 球磨时间对接枝量的影响
3.6.3.5 同球磨时间沉降试验
3.6.3.6 球磨后TEM照片分析
3.7 缩合法接枝PBT预聚物改性纳米氧化物填充改性PBT树脂的研究
3.7.1 实验部分
3.7.1.1 实验原料及设备
3.7.1.2 实验步骤
3.7.2 接枝PBT预聚物纳米SiO_2填充改性PBT树脂的结果与讨论
3.7.2.1 SiO_2-prePBT在PBT树脂中的分散研究
3.7.2.2 SiO_2-prePBT对PBT结晶行为的影响
3.7.2.3 SiO_2-prePBT对PBT流变性能的影响
3.7.2.4 SiO_2-prePBT对PBT树脂力学性能的影响
3.7.2.5 SiO_2-prePBT对PBT树脂摩擦性能的影响
3.7.3 接枝PBT预聚物纳米TiO_2填充改性PBT树脂的结果与讨论
3.7.3.1 TiO_2-prePBT对PBT结晶行为的影响
3.7.3.2 TiO_2-prePBT对PBT力学性能的影响
3.7.4 球磨法改性纳米TiO_2填充改性PBT树脂的结果与讨论
3.7.5 不同粒子填充效果比较
3.8 小结
参考文献
4 纳米氧化物改性硼酚醛树脂及其在摩擦材料中的应用
4.1 概述
4.1.1 酚醛树脂研究现状
4.1.2 课题应用背景
4.1.3 本课题的主要内容
4.2 纳米氧化物改性硼酚醛树脂的合成与表征
4.2.1 实验部分
4.2.1.1 合成原料
4.2.1.2 硼酚醛树脂的合成
4.2.1.3 纳米氧化物改性硼酚醛树脂的合成
4.2.1.4 测试表征仪器与方法
4.2.2 结果与讨论
4.2.2.1 硼酚醛树脂的合成方法的选择及树脂的表观性能
4.2.2.2 改性树脂结构的红外表征
4.2.2.3 改性树脂的粉末X衍射
4.2.2.4 耐热性能
4.2.2.5 改性树脂的固化性能
4.2.2.6 改性树脂的流变性能
4.2.2.7 改性树脂浇铸体的力学性能
4.3 纳米氧化物改性硼酚醛树脂在摩擦材料中的应用研究
4.3.1 实验部分
4.3.1.1 原材料
4.3.1.2 摩擦材料制备方法
4.3.1.3 摩擦材料性能测定方法及设备
4.3.2 结果与讨论
4.3.2.1 采用均匀设计法优化摩擦材料工艺配方
4.3.2.2 纳米氧化物填充改性BT树脂对摩擦材料摩擦性能的影响
4.3.2.3 纳米氧化物填充改性BT树脂对摩擦材料力学性能的影响
4.4 小结
参考文献
5 结论
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-09-12
参考文献
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相关论文
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