| 几种聚合物复合材料的改性及其摩擦磨损性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 吴良飞 | |
| Thesis Advisor | 张招柱 |
| 2021-05-18 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 聚合物复合材料 摩擦 磨损 转移膜 杂化增强 |
| Abstract | 随着航空、航天等高技术领域的飞速发展，催生了高性能自润滑复合材料的研究热潮。聚合物材料的摩擦学性能关系到运动部件的服役寿命、设备的维护成本以及能源的消耗，所以改善和提高聚合物材料的摩擦学性能具有巨大的经济价值和战略意义。本论文选择了聚酰亚胺（PI）、酚醛树脂（PF）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE），三种常用的聚合物材料，探究了增强相的选择、基体材料的修饰以及润滑介质的使用对聚合物材料摩擦磨损性能的影响，并进一步分析了这些方法对聚合物材料摩擦学性能的影响机制。本论文取得的主要研究成果如下： 1. 聚合物模塑粉是聚合物复合材料的重要组成部分。通过多巴胺的自聚合反应改性PI模塑粉，使其具有一定的亲水性，并探究了亲水性的模塑粉在摩擦学上的应用。研究结果表明：在多巴胺溶液中加入碳纳米管，可以保护碳纳米管初始的力学强度及承载能力，实现增强相与聚合物基体之间非破坏性的混合；而在多巴胺溶液中加入氯化铜后，可以实现铜离子在模塑粉表面的负载。热压过程中，这些铜离子会原位转变成铜颗粒，起到了改善PI材料摩擦学性能的作用。 2. 使用填充剂能够便捷有效地改善聚合物材料的摩擦学性能。通过溶剂热的方法制备了氮化碳与氧化铜（CuO）之间的杂化体，并探究了该杂化体对PI材料摩擦学性能的协同增强效应。研究结果表明：杂化体对PI材料的耐磨性能有明显提升。在摩擦过程中，氮化碳能够促进对偶上转移膜的形成，而CuO颗粒主要是提高了PI复合材料和相应转移膜对应力的承载能力。 3. 使用润滑介质可以在保留聚合物自身特性的前提小减小其磨损。利用石墨烯填充的海藻酸凝胶作为润滑介质，探究了这种杂化的凝胶对聚合物材料的减摩抗磨作用。研究结果表明：通过调节产酸剂与碳酸钙的量可以对凝胶化的时间进行调节和控制。在海藻酸溶液中引入石墨烯后，凝胶的力学性能和导电性能均得到增强。在摩擦过程中，凝胶网络中水分子的释放以及石墨烯的自润滑效果，共同促进了聚合物材料摩擦系数的降低和磨损体积的减少。 4. 填充剂的形貌、结构及尺寸会在很大程度上影响填充剂的增强效果。利用水热法和热聚合的方式分别制备了不同结构的氧化锌（ZnO）和不同形貌的氮化碳，并探究了不同结构的ZnO和不同形貌的氮化碳对酚醛涂层摩擦学性能的影响。研究结果表明：极性面占比较大的盘状ZnO和活性基团较多，比表面积较大的氮化碳纳米片都能有效改善酚醛涂层的摩擦学性能，主要是因为这两种填充剂与聚合物基体之间有良好的界面相互作用，提高了涂层的力学承载能力。 5. 通过水热法制备了不同尺寸的碳球颗粒，并在其表面生长了金属有机框架材料，探究了这种杂化的碳球对UHMWPE摩擦学性能的影响。研究结果表明：多级结构增大了碳球的表面积和粗糙度，使其与聚合物基体之间的结合强度得到提高。虽然杂化的碳球对UHMWPE的热学性能的影响较小，但能不同程度地提高UHMWPE的硬度、拉伸强度、蠕变抗性和摩擦学性能。 |
| Other Abstract | 无 |
| MOST Discipline Catalogue | 材料学 |
| Pages | 130 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/29125 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 吴良飞. 几种聚合物复合材料的改性及其摩擦磨损性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2021. |
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