膨脹石墨在聚合物中的分散及其復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、層狀的膨脹石墨，具有優(yōu)良的潤滑性能，在剝離的狀態(tài)下?lián)碛蟹浅８叩男螤钕禂?shù)，是比強(qiáng)度最高的材料之一，而且擁有獨(dú)特的功能特性，例如優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等。本文考察了膨脹石墨分散性對聚合物復(fù)合材料性能的影響，尤其是摩擦磨損性能。并探索了加工過程對膨脹石墨分散性的影響。
　　 論文研究的第一部分中，采用直接共混法獲得膨脹石墨/丁腈橡膠微米復(fù)合材料，而乳液共混法制備出納米復(fù)合材料，比較研究了不同膨脹石墨分散結(jié)構(gòu)的丁腈橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能和

2、摩擦磨損性能，探討了膨脹石墨分散性、膨脹石墨用量、施加載荷和滑行速度對摩擦磨損性能的影響規(guī)律。納米復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的拉伸性能、硬度、動態(tài)儲能模量和更低的滯后損耗。隨著滑行速度和載荷增加，兩種復(fù)合材料摩擦系數(shù)都降低，膨脹石墨的用量影響很小。膨脹石墨/橡膠復(fù)合材料的摩擦磨損過程被認(rèn)為是膨脹石墨片層與基體的脫粘-潤滑膜的形成-破壞-基體磨損-重新形成潤滑膜的一個周而復(fù)始的過程。納米分散的膨脹石墨在較高載荷和滑行速度下能形成連續(xù)、均勻穩(wěn)定的潤

3、滑膜，有利于降低摩擦系數(shù)和提高耐磨性。
　　 論文研究的第二部分，采用直接共混和乳液共混兩種方法制備膨脹石墨/炭黑/丁腈橡膠納米復(fù)合材料，并與炭黑/丁腈橡膠復(fù)合材料進(jìn)行比較研究了材料的力學(xué)性能與摩擦磨損性能。同時也研究了膨脹石墨分散性、膨脹石墨用量、施加載荷和滑行速度對摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明添加少量的膨脹石墨即可有效的降低炭黑/丁腈橡膠復(fù)合材料的摩擦磨損性能，主要是由于膨脹石墨潤滑膜的形成。尤其是膨脹石墨/炭黑/丁腈橡膠納

4、米復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐磨性，抵抗摩擦條件改變的能力最強(qiáng)。而膨脹石墨用量和炭黑種類對納米復(fù)合材料摩擦磨損性能影響不明顯，建議膨脹石墨用量為3至5份。
　　 論文研究的第三部分，對乳液共混法制備的膨脹石墨/丁腈橡膠中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)良好分散的膨脹石墨結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，評估后期加工過程對膨脹石墨分散性的影響。選用橡膠加工分析儀(RPA)，并結(jié)合TEM、XRD來研究膨脹石墨份數(shù)、加工過程中的剪切力、硫化壓力、硫化溫度對膨脹石墨片層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響。研

5、究結(jié)果顯示由于如此優(yōu)良的分散性和膨脹石墨片層很高的形狀系數(shù)，在低的膨脹石墨用量下，復(fù)合物就表現(xiàn)顯著的填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。加工過程膨脹石墨分散狀態(tài)的變化與初始形成的填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，它與填料的用量密切相關(guān)。減少后續(xù)強(qiáng)剪切的混合工序、采用高溫低壓硫化，或加強(qiáng)膨脹石墨片層-橡膠的界面，減少膨脹石墨片層的自聚集，都將有利于保持膨脹石墨片層初始的良好分散狀態(tài)。
　　 論文研究的第四部分，為了研究膨脹石墨分散性對聚合物復(fù)合材料性能的影響，將膨

6、脹石墨片層水懸浮液與聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水溶液超聲均勻混合，分別采用噴霧干燥方法和直接干燥法制備出PVP/膨脹石墨復(fù)合材料，研究了膨脹石墨的用量和干燥方法對膨脹石墨分散性的影響，并探索了膨脹石墨分散性對復(fù)合材料性能的影響。采用噴霧干燥法，膨脹石墨的剝離分散程度明顯更好，其原理在于快速的霧化干燥，有效阻止已剝離分散的膨脹石墨片層二次聚集。膨脹石墨用量的增加，二次聚集機(jī)率增加，膨脹石墨的分散性變差。在相同膨脹石墨用量下，采用噴霧干燥方