| 聚四氟乙烯基核壳结构的设计制备及其摩擦学性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
王娜
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| Thesis Advisor | 王金清 ; 王宏刚 ; 丁勇 |
| 2021-05-18 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 聚四氟乙烯,核壳结构,聚丙烯酸酯,二氧化硅,摩擦学性能 |
| Abstract | 聚四氟乙烯（PTFE）作为一种优异的固体润滑剂，已被广泛地用作各种聚合物基体以及润滑油脂的添加剂。然而，PTFE分散性、耐磨性较差、承载力不足以及与其他材料的相容性不好等缺陷，严重制约了其在重要工程领域的进一步应用。传统的物理混合、高能辐照以及化学腐蚀等改性方法逐渐暴露出明显的弊端，已无法满足目前技术发展的应用需求。因此，亟需发展一种在不破坏PTFE表面特性的情况下，能够同时改善其分散性、耐磨性以及承载性能的关键技术或手段。针对以上问题，本课题开展了新型PTFE基核壳复合粒子结构的设计、制备及摩擦学性能研究，主要研究内容和结果如下： （1）采用种子乳液聚合法成功制备了PTFE@聚丙烯酸酯核壳复合粒子。透射电镜（TEM）表明，聚丙烯酸酯的包覆能够使PTFE纳米粒子的分散性得到良好的提升。摩擦学性能显示，PTFE@聚丙烯酸酯核壳复合涂层具有良好的低摩擦以及优异的抗磨和高承载特性，且抗磨性能稳定，受载荷和滑动速率的影响较小，但其减摩性能却对载荷和滑动速率的敏感程度较大。另外，分析表明，PTFE@聚丙烯酸酯核壳复合涂层具有优异摩擦学性能的原因不仅与其均匀、连续且取向的转移膜生成有关，而且还归因于PTFE所提供的良好低摩擦特性以及聚丙烯酸酯所具有的优异耐磨性和承载力。因此，该复合粒子有望作为高性能的固体润滑剂用于各种聚合物基体。 （2）通过乳液聚合-溶胶凝胶法成功制备了PTFE@SiO2核壳复合粒子。TEM观察发现，所合成的粒子呈典型的单/双/多核结构，具有极好的分散性，且生长过程研究显示，双/多核结构的产生是由于粒子间的水解和缩合导致的。另外，研究表明，SiO2的包覆能够使PTFE的润湿性和亲水性得到极大提高，并使其呈现出良好的水分散性和稳定性。摩擦学性能显示，PTFE@SiO2粒子作为水润滑添加剂具有优异的减摩和抗磨特性，与纯水和含有物理混合PTFE/SiO2粒子的水相比，其摩擦系数和磨损体积最大分别降低了75%和99%，且粒子在3 wt%、10 N、0.019 m/s以及0.2 mm钢盘粗糙度下的常温水中具有最优的摩擦学性能。因此，该粒子有望作为高性能的水润滑添加剂来拓展PTFE在水润滑中的应用。 （3）将PTFE@SiO2核壳复合粒子用作PAO6基础油的添加剂，研究了其在润滑油中的摩擦学性能。结果发现，PTFE@SiO2粒子具有良好的油分散性和稳定性，且抗腐蚀性能要优于二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）。摩擦学测试表明，PTFE@SiO2粒子不但能够高效、稳定且大幅度地提高PAO6的承载力，而且还具有良好的减摩和抗磨特性，其中，其减摩性能受载荷的影响较大。另外，通过研究PTFE@SiO2粒子在不同润滑油中的极压性能还可以发现，PTFE@SiO2粒子的添加均可大幅度地提升各种基础油的承载能力，而且性能要明显优于ZDDP。因此，该粒子有望部分或完全取代传统型的有毒添加剂，并扩大PTFE在润滑油中应用的可能性。 （4）以PTFE@SiO2核壳复合粒子填充环氧树脂（EP）为研究体系，探究了PTFE@SiO2粒子的磨损和转移行为。研究表明，在滑动过程中，PTFE@SiO2粒子的存在使磨损表面产生了有利的塑性变形，而PTFE@SiO2粒子的形貌则原位经历了从被压扁到破裂再到被碾平的演变，且涂层的平均摩擦系数、磨损率以及转移膜厚度均符合以下规律：磨合期>稳定期>过渡期。另外，除了过渡期在不包含FeF2以外，转移膜在磨合期以及稳定期的成分始终包含PTFE、聚（甲基丙烯酸甲酯-γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）（P(MMA-co-MPS)）、SiO2、EP以及FeF2，且在整个摩擦过程中几乎没有产生磨屑。因此，该工作为探究核壳型添加剂的润滑机理提供了良好的科学指导，有力地丰富了核壳摩擦学理论。 |
| Other Abstract | 无 |
| MOST Discipline Catalogue | 机械工程类 ; 材料科学与工程 |
| Pages | 145 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/29127 |
| 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 | 王娜. 聚四氟乙烯基核壳结构的设计制备及其摩擦学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2021. |
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| 202176王娜.pdf（6265KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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