多维自组装纳米粒子对环氧（酚醛）树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

发布时间：2018-03-06 00:06

本文选题：环氧(酚醛)树脂　切入点：二氧化硅　出处：《西南大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：热固性树脂由于其交联反应不可逆,加热或与固化剂反应发生交联变成不溶不熔的网状产物,而具有较好的耐温性能。环氧树脂和酚醛树脂作为两种最为典型的热固性树脂,广泛应用于涂料、胶黏剂,后者因其耐热性高、力学强度优异、难燃和良好的加工性能而普遍用于摩擦材料粘结剂中。针对纯环氧树脂耐磨性较差,文章采用对纳米Si O_2及氧化石墨烯(GO)进行静电自组装形成的核壳结构物质(Si O_2@GO)对环氧树脂进行改性增强其耐磨性。研究利用LSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机,在干摩擦条件下通过不同的纳米填料含量探索其对环氧树脂及其纳米复合材料的摩擦磨损性能的影响,并且讨论了摩擦磨损机理。结果表明:核壳纳米填料Si O_2@GO使复合材料的力学性能及摩擦磨损性能有所提高。当Si O_2@GO含量为0.5 wt%时,环氧树脂基复合材料的力学性能最好,同时其磨损率和摩擦系数最低且稳定,耐磨性好;同时对比纳米填料Si O_2和经硅烷偶联剂表面改性后的纳米填料Si O_2-NH2含量均为0.5 wt%时,复合材料的力学性能和摩擦磨损性能也都有所提高,但改性增强的效果Si O_2@GOSi O_2-NH2Si O_2。摩擦材料是一种多元组分的复合材料,除三大主要组分(粘结剂、增强纤维和摩擦性能调节剂)外,还有其它配合剂等加工制备而成,其中主体构成为纤维、矿物填料、增摩和减摩材料。摩擦材料的核心部分是作为主要成分的粘结剂,用量通常占比为8~25%。其中以各种形式的改性酚醛树脂(PF)基摩擦材料应用最早,使用量最大,这是由于纯酚醛树脂(2123树脂)在实际应用中的性能不尽如人意,本研究采用的摩擦材料的粘结剂为丁腈橡胶改性酚醛树脂。增强组分包括形态为(一维)纤维、(二维)片状,尺度为微纳米材料,或多维度、多尺度和多材质的多维复合增强体系对摩擦材料的强度均有重要影响。而单一的增强方式难以同时满足受温度、压力、摩擦速度等影响的摩擦系数稳定性、较好耐磨性和一定机械强度及物理性能等的综合性技术要求。由此多维复合增强体系可通过其优势互补及协同效应达到具有一定综合性能的多元复合共增强体系。一些二维片层材料由于其低剪切强度和低硬度而广泛应用于摩擦材料中的减摩材料或润滑剂中,如石墨、二硫化钼、云母等。α-磷酸锆(α-Zr P)是一种阳离子化合物,具有规整的二维片层状结构,由于其尺寸可控,具有高热化学稳定性、高表面能、高离子交换、易剥分性和表面官能团可设计性等特点,而用于润滑剂研究中。文章以不同层间距的磷酸锆,有机膦酸锆(OZr P)、氧化石墨烯(GO)、二氧化硅(Si O_2)组合的Si O_2-GO-Zr(AE)3P(SZG)增强填料分别对酚醛树脂基摩擦材料的摩擦磨损性的影响进行了研究探索。研究结果表明:(1)不同层间距的磷酸锆包括有α-磷酸锆及其聚醚胺插层衍生物(聚醚胺D230/α-Zr P、聚醚胺D400/α-Zr P)对酚醛树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能有所提高。其中,在室温下干摩擦条件下,当α-Zr P含量为1 wt%时,α-Zr P/PF摩擦材料的摩擦系数相较空白酚醛树脂基摩擦材料降低最大且稳定,同时其磨损量也是相应最小,即其耐磨性好。在上述相同条件下,添加含量均为1wt%时,不同层间距的聚醚胺插层改性后的磷酸锆(聚醚胺D230/α-Zr P、聚醚胺D400/α-Zr P)对酚醛树脂基摩擦材料的摩擦系数的有效调节程度是不同的。(2)相对于单一的二维片状增强方式,Si O_2-GO-Zr(AE)3P(SZG)复合增强材料具备有更好的摩擦稳定性和耐磨性能以及热稳定性,这是由于其几种材料之间的协同效应。改性球形二氧化硅能改善复合材料的热衰退和恢复性能,还能提高复合材料的耐磨性。片层材料的二乙烯三胺有机膦酸锆作为增强材料对复合材料的摩擦磨损性能也有一定的提高作用。作为既起桥梁作用连接二氧化硅与有机膦酸锆的氧化石墨烯(GO)同时也起到作为减摩材料调节材料的摩擦系数以及降低磨损的作用。因此,由零维的球形材料和二维片层材料组合成的复合增强材料(SZG)能有效地改善和提高酚醛树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能。研究发现,当SZG含量为5 wt%时,摩擦材料的磨损率相较参比酚醛树脂基摩擦材料的降低约55%,同时其热衰退现象明显改善。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB39

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