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题名	纤维杂化体改性聚合物复合材料的摩擦学行为研究
作者	严云峰
答辩日期	2021-05-21
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	阎逢元
关键词	摩擦学特性 复合材料 Composite 聚合物 Polymer 填料改性 Packing modification Tribological property
学位名称	工学博士
其他题名	无
学位专业	材料学
英文摘要	聚合物复合材料的制备及其摩擦学性能研究是材料摩擦学研究的重要内容。通过单一或多元填料填充制备的聚合物复合材料，可在保持聚合物基体的耐腐蚀、密度低、柔韧抗疲劳、自润滑、耐低温等优良特性的基础上，有效弥补其强度低、承载弱、耐热及耐磨性差等缺陷。为探索多元填料在聚合物基体中的分散状态是否影响整体材料的摩擦学性能，本论文利用化学手段分别对几种短切纤维进行了无损杂化接枝处理，在纤维填料表面生长组装了自润滑功能填料，研究了不同类型的纤维杂化体填充聚合物复合材料的摩擦学性能。主要研究结果如下： （1）合成了纳米二硫化钼（MoS2）包覆的碳纤维（CF）抗磨填料，将不同接枝量的该纤维杂化体作为增强剂，制备了一系列的聚四氟乙烯（PTFE）基体的复合材料。通过对比实验结果表明，与未处理的CF相比，制备的纤维杂化体有更大的比表面积和表面粗糙度，更多的锚点使得填料与基体具有更强的界面结合力，相应的复合材料的综合性能也有所提高，这主要源于杂化体中MoS2和CF之间的协同增强效应。 （2）为了进一步验证纤维杂化体的增强性和润滑性，选择了强度更高的聚对苯撑苯并双噁唑纤维（PBO）和耐热性更好的聚酰亚胺（TPI）基体开展了验证试验。在定量的PBO纤维上合成了一系列不同含量的MOS2，得到了不同接枝量的PBO-MoS2纤维杂化体，并进一步用于制得TPI基体的复合材料。随着前驱体浓度的增加，接枝在纤维表面的MoS2的比例也会增加，与之对应的杂化体的比表面积也会增加。较高的导热系数会加快热量的散失，而导热系数较低的材料会导致摩擦热的积累，从而加速有机成分的分解，最终增加复合材料的磨损率。PBO-MoS2纤维杂化体的加入不仅提高了减磨能力，而且增加了材料的抗磨能力，在高温下尤为明显。然而，部分MoS2在高温下逐渐氧化为三氧化钼（MoO3），导致润滑效果降低。 （3）为了强化聚合物基体性能，优化了聚酰亚胺/聚醚醚酮合金的混合比例，制备了一系列不同含量的合金共混物。实验结果表明，在高温时共混物的磨损率主要受磨损温度的影响，而不受磨损试验机接触压力的影响；当实验温度超过材料的玻璃化转变温度后，材料的磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损。通过对比实验得出30% 合金混合物在高温下的压缩强度、热稳定性和磨损性能之间达到最佳平衡，综合性能最佳的共混材料，这与它具有最高结晶度直接相关。 （4）将前面研究中最佳接枝量的PBO-MoS2纤维杂化体添加到最佳含量的合金共混物基体中制得复合材料，研究了该材料的高温摩擦学性能。与纯PBO纤维相比，PBO-MOS2纤维杂化体与基体之间有更好的界面结合力；与基体相比，复合材料具有更高的硬度和更优的热稳定性；在摩擦学性能方面，复合材料比纯基体有更低的摩擦系数和磨损率，尤其在高温时更加明显。 （5）除了水热合成法制备纤维杂化体，还尝试用纤维表面聚合物涂层法制备纤维杂化体。用聚乙烯亚胺和多巴胺共聚的方法在聚酰亚胺纤维（PIF）构建活性层，使得聚多巴胺-聚乙烯亚胺杂化涂层被表面功能化，然后在活性层上接枝多壁碳纳米管（MWCNTs），再将制得的纤维杂化体制成PIF-MWCNTs/TPI复合材料。通过Doml3计算模拟对所有反应物的几何形状和能量进行了优化处理，预测相应原子的供电子能力以及总静电势的电荷分布，采用福井谦一函数计算了分子的进攻方向，通过前线轨道理论验证了反应的合理性。通过原子力显微镜测量了纤维的表面粗糙度（Ra），发现纤维杂化体相比未处理过的纤维有着更大的Ra值，这也为其基体材料的界面结合提供了更多的连接点，进而使得复合材料拥有更好的综合性能。
语种	中文
学科主题	不填
目次	不填
页码	127
DOI标识	不填
URL标识	查看原文
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.licp.cn/handle/362003/29109]
专题	兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室
作者单位	1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学
推荐引用方式 GB/T 7714	严云峰. 纤维杂化体改性聚合物复合材料的摩擦学行为研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2021.

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