论文题目: 纳米粒子改性聚四氟乙烯和聚酰亚胺的摩擦学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 高分子化学与物理
作者: 赖仕全
导师: 李同生
关键词: 纳米粒子,摩擦磨损,聚四氟乙烯,聚酰亚胺,复合材料
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 无机纳米粒子具有很强的小尺寸效应、体积效应、表面效应和协同效应,因而可以赋予纳米复合材料许多独特性能。通过添加纳米粒子来改善聚合物的摩擦学性能已经引起材料摩擦学界的广泛关注。然而,迄今为止的许多相关研究缺乏系统性,特别是有关纳米粒子的种类、形状、尺寸以及表面性质等对纳米聚合物复合材料的聚集态结构及摩擦学性能的影响等方面的研究则更是少人问津。 针对上述问题,本论文分两部分对聚合物纳米复合材料的摩擦学性能开展了较系统的研究。 首先以摩擦学性能较好且研究较多的结晶性聚四氟乙烯（PTFE）为对象,用传统方法制备了纤维形状的凹凸棒（AT）和高硬度的超细金刚石（UFD）,纳米粒子填充的PTFE复合材料,考察了不同处理方式和不同分散方法对复合材料的聚集态结构和物理机械性能及摩擦学性能的影响。 其次,利用聚酰亚胺（PI）合成反应中允许添加一些含水物质的特殊性,用溶胶-凝胶方法成功地制备出含有不同尺寸的球状的二氧化硅（SiO2）/PI纳米复合材料,通过与原位聚合的纳米纤维状的AT/PI复合材料的多方面性能对比,研究了纳米粒子的粒径及形状对非晶性聚合物复合材料的物理机械性能和摩擦学性能的影响。 在总结了两种聚合物复合材料的摩擦学性能规律的基础上,结合扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）.能谱仪（EDS）,傅立叶红外（FTIR）以及示差扫描量热仪（DSC）等对复合材料本体、摩擦表面以及磨屑等多角度观察和测试结果,探讨了纳米粒子对聚合物凝聚态结构的影响及其对材料摩擦学性能的作用机理。 本论文得到的主要研究结果如下: 1) 低于5wt%纤维状AT的添加可使PTFE的磨损率降低1～2个数量级,结晶度提高10～20%,且不改变PTFE的低摩擦性能。酸和热处理的凹凸棒可更有效地提高PTFE的耐磨性。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 复合材料概述
1.2 聚合物复合材料概述
1.3 聚合物复合材料的摩擦学现状
1.4 纳米粒子改性聚合物摩擦学的研究现状
1.4.1 纳米粒子的特性
1.4.2 聚合物纳米复合材料概述
1.4.3 纳米粒子改性聚合物摩擦学研究现状
1.5 论文的选题依据及研究思路
参考文献
第二章 纳米粒子改性聚四氟乙烯的摩擦学性能研究
第一节 机械混合的凹凸棒改性聚四氟乙烯的摩擦学性能研究
2.1.1 前言
2.1.2 实验部分
2.1.2.1 原料
2.1.2.2 凹凸棒的预处理
2.1.2.2.1 凹凸棒的提纯
2.1.2.2.2 凹凸棒的酸处理
2.1.2.2.3 凹凸棒的热处理
2.1.2.3 样品制备
2.1.2.4 摩擦磨损试验
2.1.2.5 分析表征
2.1.3 结果与讨论
2.1.3.1 凹凸棒的显微结构
2.1.3.1.1 扫描电子显微镜(SEM)观察
2.1.3.1.2 透射电子显微镜(TEM)观察
2.1.3.1.3 凹凸棒的粒径分布
2.1.3.1.4 热失重分析
2.1.3.1.5 凹凸棒的红外分析
2.1.3.2 PTFE及其复合材料的断面形貌
2.1.3.3 摩擦磨损
2.1.3.3.1 时间对摩擦性能的影响
2.1.3.3.2 不同盐酸浓度处理的凹凸棒对摩擦磨损的影响
2.1.3.3.3 不同温度处理的凹凸棒对摩擦磨损的影响
2.1.3.3.4 载荷对摩擦磨损的影响
2.1.3.3.5 凹凸棒含量对摩擦磨损的影响
2.1.3.4 磨损机理的讨论
2.1.3.4.1 材料的力学性能
2.1.3.4.2 DSC分析
2.1.3.4.3 磨损表面的分析
2.1.3.4.4 转移膜的分析
2.1.3.4.5 磨屑的分析
2.1.3.4.5.1 SEM分析
2.1.3.4.5.2 DSC分析
2.1.3.4.5.3 FT-IR分析
2.1.4 结论
第二节 溶液分散的凹凸棒改性聚四氟乙烯的摩擦学性能研究
2.2.1 前言
2.2.2 实验部分
2.2.2.1 原料
2.2.2.2 样品的制备
2.2.2.3 分析表征
2.2.2.4 摩擦磨损试验
2.2.3 结果与讨论
2.2.3.1 材料结构及其分析
2.2.3.2 PTFE复合材料的断面形貌
2.2.3.3 力学性能分析
2.2.3.4 DSC分析
2.2.3.5 摩擦磨损
2.2.3.6 磨损机理的讨论
2.2.4 结论
第三节 超细金刚石改性聚四氟乙烯的摩擦学性能研究
2.3.1 前言
2.3.2 实验部分
2.3.2.1 提纯工艺流程
2.3.2.2 复合材料的制备
2.3.2.3 摩擦磨损试验
2.3.2.4 分析测试
2.3.3 结果与讨论
2.3.3.1 超细金刚石的显微结构
2.3.3.2 复合材料的断面形貌
2.3.3.3 摩擦磨损
2.3.3.3.1 含量对摩擦磨损的影响
2.3.3.3.2 载荷对摩擦磨损的影响
2.3.3.4 磨损机理的讨论
2.3.3.4.1 DSC分析
2.3.3.4.2 磨损表面的分析
2.3.3.4.3 转移膜的分析
2.3.3.4.4 磨屑分析
2.3.4 填料的作用机理
2.3.5 结论
参考文献
第三章 纳米粒子改性聚酰亚胺的摩擦学性能研究
第一节 二氧化硅改性聚酰亚胺的摩擦学性能研究
3.1.1 前言
3.1.2 实验部分
3.1.2.1 原料
3.1.2.2 样品制备
3.1.2.3 摩擦磨损试验
3.1.2.4 分析表征
3.1.3 结果与讨论
3.1.3.1 材料断面形貌的SEM分析
3.1.3.2 材料的结构表征
3.1.3.3 摩擦磨损
3.1.3.3.1 摩擦系数随时间的变化
3.1.3.3.2 速度对摩擦磨损的影响
3.1.3.3.3 载荷对摩擦磨损的影响
3.1.3.3.4 二氧化硅含量对摩擦磨损的影响
3.1.3.4 磨损机理的讨论
3.1.3.4.1 PI／SiO_2材料的力学性能
3.1.3.4.2 磨屑的分析
3.1.3.4.3 磨损表面的分析
3.1.4 结论
第二节 凹凸棒改性聚酰亚胺的摩擦学性能研究
3.2.1 前言
3.2.2 实验部分
3.2.2.1 原料
3.2.2.2 样品制备
3.2.2.3 摩擦磨损试验
3.2.2.4 分析表征
3.2.3 结果与讨论
3.2.3.1 相态结构
3.2.3.1.1 透射电镜(TEM)观察
3.2.3.1.2 扫描电镜(SEM)观察
3.2.3.2 摩擦磨损
3.2.3.2.1 材料的摩擦系数随时间的变化
3.2.3.2.2 速度对摩擦磨损的影响
3.2.3.2.3 载荷对摩擦磨损的影响
3.2.3.2.4 AT含量对摩擦磨损的影响
3.2.3.3 磨损机理的讨论
3.2.3.3.1 PI／AT复合材料的力学性能
3.2.3.3.2 磨损表面的分析
3.2.3.3.3 磨屑的分析
3.2.4 填料的作用机理
3.2.5 结论
参考文献
第四章 结束语
作者简历
博士论文期间承担的科研工作
文章及专利
致谢
论文独创性声明
论文使用授权声明
发布时间: 2005-09-19
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