| 聚酰亚胺基无机纳米复合材料的原位制备及摩擦学性能研究 | |
| 蔡辉 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 薛群基 ; 阎逢元 |
| 2003-07-27 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 热塑性聚酞亚胺 无机纳米 复合材料 摩擦学性能 Plastic Polyimide Inorganic Nanoparticle Composites Tribological Properties |
| Abstract | 聚合物基纳米复合材料的研究和应用是摩擦学材料研究领域的前沿课题之一。本博士论文以聚酰亚胺基无机纳米复合材料的原位制备及摩擦学性能研究作为研究对象。采用热塑性PI作为聚合物基体，用原位聚合填充法制备了纳米氧化物、炭材料同热塑性聚酰亚胺组成的复合材料，在复合材料结构分析与表征的基础上，初步探讨了聚合物有机相与纳米无机相间的相互作用以及微观结构，较全面系统地考察了纳米微粒的含量、载荷和滑动速度对聚酰亚胺基纳米复合材料摩擦学性能的影响，用逾渗理论探讨了纳米复合材料制备方法对基体填料最佳含量的影响，揭示了纳米氧化物微粒在摩擦学性能上表现出的纳米尺寸效应；总结了复合材料的摩擦磨损机制，并建立物理模型来解释。所得到的主要结论如下： 1．采用PI的原位聚合填充方法，利用聚酰亚胺与无机纳米表面较强的相互作用（如静电作用、较强的范德华力、氢键甚至化学键的形成），用非水悬浮工艺制备了无机纳米/聚酰亚胺纳米复合材料，率先用大型分析仪器全面地表征了复合材料的结构，采用原位聚合填充法制备的聚酰亚胺复合材料中，无机纳米分散状态良好；无机纳米氧化物/聚酰亚胺复合材料的结构表征显示出PI有机相和SiO2无机相之间形成了键联型复合体系，两相相互影响；在复合体系中，单相本体的结晶结构并未发生改变；在摩擦过程中纳米氧化物没有发生价态的转变；无机纳米氧化物的加入，提高了聚酰亚胺的耐热等级；适量纳米氧化物并不影响复合材料的机械性能。 2．纳米氧化物含量影响复合材料的减摩抗磨性能，当纳米氧化物的含量较低时，不影响甚至增强聚合物基体分子链之间的相互作用，并使聚合物PI同纳米氧化物之间的界面结合增强；而过多的纳米氧化物削弱了PI聚合物分子链间的相互作用以及聚合物基体同纳米氧化物之间的界面结合，这些都使得复合材料的摩擦学性能下降。 3．用原位聚合填充法制备的聚合物基纳米复合材料以相对较小的纳米含量，体系就可以达到逾渗状态。当纳米SiO2含量为4wt％时，TiO2的含量为4.0wt％，纳米Al2O3的含量为3wt％左右时，相应的复合材料具有最佳摩擦学性能；上述三个含量比较接近，且远低于普通共混法（包括溶剂分散法）制备聚合物复合材料的填料最佳含量，这不仅说明纳米粒子在聚合物体系中具有良好的分散状态，同时也表现出纳米氧化物粒子的小尺寸效应对材料摩擦学性能的贡献。 4．采用原位聚合填充法制备了碳素/PI复合材料，率先重点研究了纳米碳管、纳米金刚石以及碳素特性对热塑性PI摩擦学性能的影响。纳米金刚石在摩擦界面上有优异的承载能力；适量的纳米金刚石，对改善PI基体在较高滑动速度下的耐磨性能更明显。纳米碳管作为增强剂有助于提高复合材料的承载能力和机械性能，从而改善摩擦学性能。 5．加入适量碳的同素异形体，可不同程度提高复合材料的摩擦学性能；在较高滑动速度以及加入量较少的情况下，纳米碳管的抗磨性能优于纳米金刚石、石墨和碳纤维。 6．设计无机纳米/聚合物复合材料时，必须考虑制备方法、无机纳米相与聚合物基体间的相互作用或界面结合强度、无机相的含量、纳米粒子的小尺寸效应、填料特性等对复合材料摩擦学性能的影响。 |
| Subject Area | 纳米复合材料制备 |
| Funding Project | 低维材料摩擦学组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5485 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 蔡辉. 聚酰亚胺基无机纳米复合材料的原位制备及摩擦学性能研究[D]. 中国科学院研究生院,2003. |
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