不同填料改性PI复合材料机械性能研究

论文摘要

聚酰亚胺（PI）是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物,其具有优异的耐高低温、耐溶剂、耐辐射性能,突出的力学及介电性能,常作为高性能热塑性复合材料广泛地应用于机械、电子、军工、航空航天等领域。但纯PI因较低的抗拉、抗压强度,不适宜单独作为摩擦材料使用,加入增强填料能显著提高PI复合材料力学性能和摩擦磨损性能。本文以碳纤维（CF）、碳化硅纤维（SiC纤维）、氧化铝纤维（A1203纤维）、碳粉（C粉）、碳化硅粉（SiC粉）、氧化铝粉（A1203粉）、固体润滑剂（PTFE、MoS2和石墨）为填料,并对填料进行表面处理,以PI为基体,用热模压成型方法制备了不同填料改性PI复合材料。考察了PI复合材料的力学及摩擦磨损性能,用扫描电镜对其拉伸断面、冲击断面和摩擦磨损表面进行了观察,分析了填料种类、填料含量、填料处理方式、偶联剂用量、混杂改性对PI复合材料力学性能和摩擦磨损性能的改善作用,并探讨了作用机理,为拓展PI复合材料的应用提供了有效理论基础。研究结果如下：（1）用偶联剂KH550、高温氧化和超声波+偶联剂KH550（简称超声复合处理）三种表面处理的CF改性PI复合材料性能研究表明：超声复合处理CF改性PI复合材料力学和摩擦磨损性能较好,其拉伸断面微观结构表明,纯PI断面光滑齐整,结构致密,多处形成放射性银纹,呈现典型的脆性断裂,未经处理CF与基体粘结性较差,其断面有纤维拔出的空洞,表面处理CF与PI基体的界面结合较好。（2）三种纤维（CF、AI2O3纤维、SiC纤维）改性PI复合材料性能研究表明：SiC纤维改性PI复合材料的力学和摩擦磨损性能较好,其在150N、200N和250N载荷下磨损量和摩擦系数分别是纯PI的28%和78.7%、13.5%和71.9%、11%和73.1%,SiC纤维/PI复合材料磨损表面犁沟较浅,以粘着磨损为主。当SiC纤维添加质量分数为5%时,SiC纤维/PI复合材料性能较好。（3）SiC纤维分别与固体润滑剂（PTFE、MoS2和石墨）混杂改性PI复合材料的性能研究表明,固体润滑剂的加入会导致复合材料力学性能下降。但固体润滑剂的加入对PI复合材料摩擦磨损性能较大改善,其中以超声复合处理的5%SiC纤维+10%石墨+PI复合材料的摩擦磨损性能较好,其在150N、200N和250N载荷下磨损量和摩擦系数分别是纯PI的19.4%和57.8%、11.6%和63.8%、10.1%和61.5%。（4）粉状填料（C粉、A1203粉、SiC粉）混杂改性PI复合材料研究表明：加入单一Sic粉对提高PI复合材料力学和摩擦磨损性能的效果不明显；Sic粉与固体润滑剂混合改性PI能显著提高复合材料的摩擦磨损性能,其中以PTFE固体润滑剂的效果较好,其复合材料在150N、200N和250N磨损量和摩擦系数分别是纯PI的8.6%和41.7%、4.8%和38.4%、8.6%和40.2%；不同粉状填料与固体润滑剂混杂改性PI研究表明：5%Al2O3粉+1O％PTFE+PI复合材料摩擦磨损性能较好,其在150N、200N和250N载荷下磨损量和摩擦系数分别为纯PI的3.5%和38.3%、2.3%和34.4%、2.7%和40.9%。（5）偶联剂KH550用量对CF/PI复合材料性能影响的研究表明,当偶联剂KH550质量分数为纤维质量的3%时,CF与PI基体界面结合较好,CF/PI复合材料的力学和摩擦磨损性能较好。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 聚酰亚胺简介
• 1.2.1 聚酰亚胺性能
• 1.2.2 聚酰亚胺应用
• 1.3 聚酰亚胺改性研究
• 1.3.1 纳米粒子改性聚酰亚胺
• 1.3.2 固体润滑剂改性聚酰亚胺
• 1.3.3 纤维改性聚酰亚胺
• 1.3.4 混杂改性聚酰亚胺
• 1.4 填料表面处理方法
• 1.4.1 偶联剂处理
• 1.4.2 表面活性剂处理
• 1.4.3 等离子体表面处理
• 1.5 聚合物基复合材料界面理论
• 1.6 本课题研究拟解决的关键问题
• 1.7 本课题的主要研究内容及思路
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与仪器设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 试样制备
• 2.2.1 填料表面处理
• 2.2.2 PI复合材料制备
• 2.3 PI复合材料性能测试方法
• 2.3.1 力学性能测试
• 2.3.2 硬度性能测试
• 2.3.3 摩擦磨损性能测试
• 2.3.4 表面形貌分析
• 第三章 不同表面处理CF改性PI复合材料研究
• 3.1 不同表面处理CF微观形貌
• 3.2 不同表面处理CF改性PI复合材料力学性能
• 3.3 不同表面处理CF改性PI复合材料微观结构
• 3.4 不同表面处理CF改性PI复合材料摩擦磨损性能
• 3.5 不同表面处理CF改性PI复合材料磨损机理
• 3.6 本章小结
• 第四章 不同纤维改性PI复合材料研究
• 4.1 不同纤维改性PI复合材料力学性能
• 4.2 不同纤维改性PI复合材料微观结构
• 4.3 不同纤维改性PI复合材料摩擦磨损性能
• 4.4 不同纤维改性PI复合材料磨损机理
• 4.5 SiC纤维含量对PI复合材料性能影响
• 4.5.1 SiC纤维含量对PI复合材料力学性能影响
• 4.5.2 SiC纤维含量对PI复合材料摩擦磨损性能影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 SiC纤维与固体润滑剂混杂改性PI复合材料研究
• 5.1 SiC纤维与固体润滑剂混杂改性PI复合材料力学性能
• 5.2 SiC纤维与固体润滑剂混杂改性PI复合材料微观结构
• 5.3 SiC纤维与固体润滑剂混杂改性PI复合材料摩擦磨损性能
• 5.4 SiC纤维与固体润滑剂混杂改性PI复合材料磨损机理
• 5.5 本章小结
• 第六章 不同粉状填料与固体润滑剂混杂改性PI复合材料研究
• 6.1 SiC粉与固体润滑剂混杂改性PI复合材料力学性能
• 6.2 SiC粉与固体润滑剂混杂改性PI复合材料微观结构
• 6.3 SiC粉与固体润滑剂混杂改性PI复合材料摩擦磨损性能
• 6.4 SiC粉与固体润滑剂混杂改性PI复合材料磨损机理
• 6.5 不同粉状填料与PTFE混杂改性PI复合材料力学性能
• 6.6 不同粉状填料与PTFE混杂改性PI复合材料摩擦磨损性能
• 6.7 不同粉状填料与PTFE混杂改性PI复合材料磨损机理
• 6.8 本章小结
• 第七章 KH550用量对CF/PI复合材料性能影响
• 7.1 KH550用量对CF/PI复合材料力学性能影响
• 7.2 PI复合材料微观结构
• 7.3 KH550用量对CF/PI复合材料摩擦磨损性能影响
• 7.4 PI复合材料磨损机理
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文