減摩耐磨用混雜填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料.pdf

1、高聚物作為摩擦材料使用時(shí)，具有很強(qiáng)的抗壓能力、易于包容異物，吸振和消聲等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是耐熱性能差、導(dǎo)熱率低、熱膨脹系數(shù)大、蠕變大、易老化等。因此，高聚物需復(fù)合制成復(fù)合材料才能發(fā)揮其最大作用。 本工作以提高環(huán)氧樹脂的減摩耐磨性能為目的，對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行混雜填充復(fù)合改性。首先選用納米二氧化硅粒子、短碳纖維作為填料，研究其對(duì)環(huán)氧樹脂摩擦磨損性能的影響，并研究了納米二氧化硅粒子和短碳纖維混雜填充對(duì)提高環(huán)氧樹脂減摩耐磨性能的協(xié)同效應(yīng)。為改

2、善納米二氧化硅粒子在環(huán)氧樹脂中的分散穩(wěn)定性，提高粒子與基體間的界面作用力，選擇馬來酸酐和苯乙烯對(duì)納米粒子表面進(jìn)行共聚合改性。馬來酸酐所含的酸酐官能團(tuán)可以參與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)，而適量的聚苯乙烯鏈可以調(diào)節(jié)接枝鏈的活性比例。此外，鑒于液體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能比固體潤(rùn)滑劑更有效，我們進(jìn)一步制備了以三聚氰胺甲醛樹脂為殼、潤(rùn)滑油為芯的微膠囊用于填充環(huán)氧樹脂制備自潤(rùn)滑材料。研究了納米二氧化硅粒子和短碳纖維混雜填充對(duì)微膠囊/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料減摩耐磨性能的

3、協(xié)同作用；納米二氧化硅粒子接枝反應(yīng)和微膠囊制備的影響條件；納米二氧化硅粒子、短碳纖維、微膠囊單獨(dú)和混雜填充環(huán)氧樹脂對(duì)相應(yīng)復(fù)合材料的固化動(dòng)力學(xué)、力學(xué)性能的影響。 納米二氧化硅粒子、短碳纖維都能提高環(huán)氧樹脂的減摩耐磨性能，兩種填料混雜填充環(huán)氧樹脂對(duì)提高其復(fù)合材料的減摩耐磨性能具有正的協(xié)同效應(yīng)，在總填料含量為10wt.％的情況下，4w.％的納米二氧化硅粒子和6wt.％短碳纖維混雜填充環(huán)氧樹脂所得的復(fù)合材料具有最低的摩擦系數(shù)和比磨損率。

4、納米二氧化硅粒子通過表面接枝處理后，表面的接枝鏈可以加強(qiáng)粒子和基體之間的界面作用力，因此更能提高所得復(fù)合材料的減摩耐磨性能。短碳纖維的加入不僅能提高環(huán)氧樹脂的承載能力，還可以提高環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率，使磨損面熱分解的程度降低；納米二氧化硅粒子有助于加強(qiáng)轉(zhuǎn)移膜，同時(shí)增加基體的剛性，粒子和纖維混雜填充時(shí)，粒子的存在還可以減小纖維的應(yīng)力集中，減少纖維的脫落，因此提高了復(fù)合材料的減摩耐磨性能。含潤(rùn)滑油的微膠囊填充環(huán)氧樹脂能顯著提高環(huán)氧樹脂的減摩耐磨

5、性能，當(dāng)微膠囊含量為10wt.％時(shí)，所得的復(fù)合材料的摩擦系數(shù)比純環(huán)氧降低75.0％，比磨損率比純環(huán)氧樹脂降低98.3％。這主要是由于微膠囊中包裹的潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑作用，此外破裂的微膠囊對(duì)摩擦過程中產(chǎn)生的磨屑的收集也有利于降低磨粒磨損，從而使復(fù)合材料的減摩耐磨性能提高。微膠囊、接枝納米二氧化硅粒子、短碳纖維混雜填充環(huán)氧樹脂可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的摩擦性能，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化微膠囊、接枝納米二氧化硅粒子、短碳纖維的含量后的復(fù)合材料，其摩擦系數(shù)降低到

6、0.12，比磨損率則降低到9.8×10-7 mm3/Nm，相對(duì)純環(huán)氧樹脂(摩擦系數(shù)為0.56，比磨損率為1.3×10-4mm3/Nm)，其減摩耐磨性能有了很大的提高。同時(shí)，耐承載力也提高了2倍以上。相比較而言，納米二氧化硅粒子更能降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)，而短碳纖維更能降低復(fù)合材料的磨損率。 填料含量對(duì)環(huán)氧樹脂減摩耐磨性能影響的研究表明，微膠囊含量為8wt.％，纖維含量為1wt.％，粒子含量為5wt.％時(shí)納米二氧化硅粒子/短碳纖維