多維自組裝納米粒子對環(huán)氧（酚醛）樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能研究.pdf

1、熱固性樹脂由于其交聯(lián)反應(yīng)不可逆，加熱或與固化劑反應(yīng)發(fā)生交聯(lián)變成不溶不熔的網(wǎng)狀產(chǎn)物，而具有較好的耐溫性能。環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂作為兩種最為典型的熱固性樹脂，廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑，后者因其耐熱性高、力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)異、難燃和良好的加工性能而普遍用于摩擦材料粘結(jié)劑中。
　　針對純環(huán)氧樹脂耐磨性較差，文章采用對納米SiO2及氧化石墨烯（GO）進(jìn)行靜電自組裝形成的核殼結(jié)構(gòu)物質(zhì)（SiO2@GO）對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性增強(qiáng)其耐磨性。研究利用LSR-2M型

2、高速往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，在干摩擦條件下通過不同的納米填料含量探索其對環(huán)氧樹脂及其納米復(fù)合材料的摩擦磨損性能的影響，并且討論了摩擦磨損機(jī)理。結(jié)果表明：核殼納米填料 SiO2@GO使復(fù)合材料的力學(xué)性能及摩擦磨損性能有所提高。當(dāng)SiO2@GO含量為0.5 wt%時，環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能最好，同時其磨損率和摩擦系數(shù)最低且穩(wěn)定，耐磨性好；同時對比納米填料 SiO2和經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后的納米填料SiO2-NH2含量均為0.5 wt%時，

3、復(fù)合材料的力學(xué)性能和摩擦磨損性能也都有所提高，但改性增強(qiáng)的效果SiO2@GO＞SiO2-NH2＞SiO2。
　　摩擦材料是一種多元組分的復(fù)合材料，除三大主要組分（粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維和摩擦性能調(diào)節(jié)劑）外，還有其它配合劑等加工制備而成，其中主體構(gòu)成為纖維、礦物填料、增摩和減摩材料。摩擦材料的核心部分是作為主要成分的粘結(jié)劑，用量通常占比為8～25%。其中以各種形式的改性酚醛樹脂（PF）基摩擦材料應(yīng)用最早，使用量最大，這是由于純酚醛樹脂（2

4、123樹脂）在實(shí)際應(yīng)用中的性能不盡如人意，本研究采用的摩擦材料的粘結(jié)劑為丁腈橡膠改性酚醛樹脂。增強(qiáng)組分包括形態(tài)為（一維）纖維、（二維）片狀，尺度為微納米材料，或多維度、多尺度和多材質(zhì)的多維復(fù)合增強(qiáng)體系對摩擦材料的強(qiáng)度均有重要影響。而單一的增強(qiáng)方式難以同時滿足受溫度、壓力、摩擦速度等影響的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性、較好耐磨性和一定機(jī)械強(qiáng)度及物理性能等的綜合性技術(shù)要求。由此多維復(fù)合增強(qiáng)體系可通過其優(yōu)勢互補(bǔ)及協(xié)同效應(yīng)達(dá)到具有一定綜合性能的多元復(fù)合共增強(qiáng)

5、體系。
　　一些二維片層材料由于其低剪切強(qiáng)度和低硬度而廣泛應(yīng)用于摩擦材料中的減摩材料或潤滑劑中，如石墨、二硫化鉬、云母等。α-磷酸鋯（α-ZrP）是一種陽離子化合物，具有規(guī)整的二維片層狀結(jié)構(gòu)，由于其尺寸可控，具有高熱化學(xué)穩(wěn)定性、高表面能、高離子交換、易剝分性和表面官能團(tuán)可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，而用于潤滑劑研究中。文章以不同層間距的磷酸鋯，有機(jī)膦酸鋯(OZrP)、氧化石墨烯(GO)、二氧化硅(SiO2)組合的SiO2-GO-Zr(AE)3P

6、(SZG)增強(qiáng)填料分別對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性的影響進(jìn)行了研究探索。研究結(jié)果表明：
　?。?）不同層間距的磷酸鋯包括有α-磷酸鋯及其聚醚胺插層衍生物（聚醚胺D230/α-ZrP、聚醚胺D400/α-ZrP）對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能有所提高。其中，在室溫下干摩擦條件下，當(dāng)α-ZrP含量為1 wt%時，α-ZrP/PF摩擦材料的摩擦系數(shù)相較空白酚醛樹脂基摩擦材料降低最大且穩(wěn)定，同時其磨損量也是相應(yīng)最小，即其耐磨性好。

7、在上述相同條件下，添加含量均為1wt%時，不同層間距的聚醚胺插層改性后的磷酸鋯（聚醚胺D230/α-ZrP、聚醚胺D400/α-ZrP）對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦系數(shù)的有效調(diào)節(jié)程度是不同的。
　?。?）相對于單一的二維片狀增強(qiáng)方式，SiO2-GO-Zr(AE)3P(SZG)復(fù)合增強(qiáng)材料具備有更好的摩擦穩(wěn)定性和耐磨性能以及熱穩(wěn)定性，這是由于其幾種材料之間的協(xié)同效應(yīng)。改性球形二氧化硅能改善復(fù)合材料的熱衰退和恢復(fù)性能，還能提高復(fù)合材料的

8、耐磨性。片層材料的二乙烯三胺有機(jī)膦酸鋯作為增強(qiáng)材料對復(fù)合材料的摩擦磨損性能也有一定的提高作用。作為既起橋梁作用連接二氧化硅與有機(jī)膦酸鋯的氧化石墨烯(GO)同時也起到作為減摩材料調(diào)節(jié)材料的摩擦系數(shù)以及降低磨損的作用。因此，由零維的球形材料和二維片層材料組合成的復(fù)合增強(qiáng)材料（SZG）能有效地改善和提高酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SZG含量為5 wt%時，摩擦材料的磨損率相較參比酚醛樹脂基摩擦材料的降低約55%，同時其熱衰退