碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的耐磨损性研究

论文摘要

碳纳米管（CNTs）由于具有优异的物理、力学性能,在诸多领域具有广阔的应用前景,其中一个重要领域是以碳纳米管作为增强相,制备高强轻质复合材料。本文采用原位聚合方法将经酸化处理的碳纳米管,借助超声设备充分分散到甲基丙烯酸甲酯（MMA）溶液中,制备一系列聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料试样,并研究了碳纳米管的加入对试样的耐磨损性的影响。对酸化处理前后的碳纳米管及其复合材料进行了傅立叶红外吸收光谱分析、Zeta电势分析,扫描电镜和光学显微镜观察;依据GB/T6739—1996规定进行硬度测试,采用砝码质量法评价复合材料的耐磨损性。分析结果表明:混酸处理后,碳纳米管附带了-OH、-COOH等极性基团;酸化处理碳纳米管的Zeta电势绝对值要大于未处理碳纳米管电势绝对值;经混酸处理后,碳纳米管被切短,定向碳纳米管束状结构被破坏,碳纳米管以单管形态分散于基体中,碳纳米管表面包覆着PMMA;碳纳米管含量适中时,基体中的有机相与无机相相容性较好;含量过高时,无机相会发生团聚,团聚体被PMMA包覆;PMMA复合材料硬度随纳米材料含量的增加而提高。砝码质量法耐磨损性测试结果表明:碳纳米管的加入可提高PMMA复合材料的耐磨损性和耐划痕性;①当Aligned MWNTs 1020用量为0.7%时,复合材料的耐磨损性能提升54%;②当S.MWNTs 1020用量为1.0%时,复合材料的耐磨损性能提升42.9%;③当L.MWNTs 1020用量为1.0%时,复合材料的耐磨损性能提升61.9%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚甲基丙烯酸甲酯简介
• 1.1.1 PMMA 生产现状
• 1.1.2 PMMA 性能特点
• 1.2 摩擦磨损概述
• 1.2.1 磨损定义
• 1.2.2 磨损分类及评定方法
• 1.2.3 磨损测试标准
• 1.2.4 摩擦学发展趋势
• 1.3 复合材料耐磨损研究
• 1.3.1 提高材料耐磨损性的途径
• 1.3.2 PMMA 复合材料耐磨损研究现状
• 1.4 纳米材料
• 1.4.1 碳纳米管应用现状
• 1.4.2 纳米材料改性聚合物的方法
• 1.5 课题来源及研究内容
• 1.5.1 课题依据及来源
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 基本原理
• 2.1 PMMA 聚合机理
• 2.2 PMMA 制备流程
• 2.3 PMMA 复合材料制备方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验
• 3.1 实验材料及设备
• 3.1.1 基体材料
• 3.1.2 引发剂材料
• 3.1.3 碳纳米管
• 3.1.4 辅助材料
• 3.1.5 实验器皿及设备
• 3.2 性能测试与形貌观察
• 3.2.1 Zeta 电势测试
• 3.2.2 红外光谱测试
• 3.2.3 硬度测试
• 3.2.4 磨损性能测试
• 3.2.5 扫描电镜观察
• 3.2.6 表面划痕观察
• 3.3 本章小结
• 第4章 PMMA 复合材料工艺
• 4.1 PMMA 配方
• 4.2 聚合工艺分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 碳纳米管的处理及分散性分析
• 5.1 碳纳米管酸化
• 5.2 碳纳米管的分散状态
• 5.3 ZETA 电势分析
• 5.4 傅立叶红外光谱分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 PMMA 复合材料性能分析
• 6.1 纯PMMA 性能
• 6.1.1 纯PMMA 磨损性能
• 6.1.2 纯PMMA 电镜观察
• 6.2 碳纳米管/PMMA 性能
• 6.2.1 碳纳米管/PMMA 硬度
• 6.2.2 碳纳米管/PMMA 表面划痕观察
• 6.2.3 碳纳米管/PMMA 磨损性能
• 6.2.4 碳纳米管/PMMA 电镜观察
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢