浇注型聚氨酯基复合材料的组织性能研究

发布时间：2020-05-08 14:45

【摘要】：聚氨酯具有优异的耐磨性,但其抗压强度低,导热性能差,本文通过加入石墨、铜粉填充的方法,改善聚氨酯材料的压缩、耐热和摩擦磨损性能,以满足加压泵密封材料的性能要求。本文通过预聚体法制备了浇注型石墨、铜以及石墨与铜共同增强聚氨酯复合材料,并通过XRD、FTIR、SEM分析,力学性能、物理性能测试,系统研究了不同填料成份以及硫化时间对复合材料组织与性能的影响作用。分析了其影响机制。对于不同硫化工艺(100°C×12~20h)下的C/Cu/PU复合材料的研究表明:硫化时间对C/Cu/PU复合材料的结晶度影响较大,硫化12小时聚氨酯的结晶度最大,随后硫化时间增加复合材料的结晶度下降,并趋于平缓。C/Cu/PU复合材料的拉伸强度、屈服强度、弹性模量随硫化时间增加呈下降的趋势;并且材料的塑性,如延伸率、永久变形量等在硫化12小时时达到最大。C/Cu/PU复合材料的综合力学性能在100°C×12h硫化后达到最佳。C/Cu/PU复合材料的导热系数在硫化12小时时导热性最好。所以硫化时间为12小时时,同时使各性能达到最优状态。对相同工艺制备的不同组份(纯聚氨酯(PU)、石墨/聚氨酯(C/PU)、铜/聚氨酯(Cu/PU)、石墨/铜/聚氨酯(C/Cu/PU))材料的研究表明:1、复合材料组织均匀,石墨、铜颗粒填料分散均匀,未破坏基体聚氨酯的官能团,基体与填料之间并未发生反应生成新物质,但填料的加入影响了PU软段与硬段的结合的作用力。2、单独加入Cu、C的复合材料比纯PU导热系数提高将近1倍,而C/Cu/PU复合材料的导热系数提高近3倍,达到0.7593±0.023 W/mk。除Cu/PU复合材料以外,C/PU、C/Cu/PU复合材料的硬度相比于纯PU都有一定程度的增加,其C/Cu/PU复合材料邵氏硬度最高为95.5±0.79 A。铜的加入,提高了PU的热稳定性。3、随着填料的加入拉伸强度呈下降趋势。四种材料的拉伸断裂机理都为韧性断裂。C/PU和C/Cu/PU复合材料的压缩刚度较纯PU有明显的提高,而Cu/PU的压缩刚度下降。4、在所研究的四种材料中,C/Cu/PU复合材料的摩擦系数最低为0.022。石墨的添加能降低PU的摩擦系数。PU材料的磨损机理为疲劳与黏着磨损;复合材料的磨损机理为黏着磨损与磨粒磨损。
【图文】：

聚氨酯(PU)因具有多方面优良性能如耐磨、耐疲劳、高阻尼性能及抗冲击性能从而获得了广泛的研究与关注，成为当前应用最为广泛的聚合物材料之一[14]。但传统的聚氨酯在工程应用存在因外部振动及环境变化所引发的材料力学性能及阻尼性能的衰减，以及耐热性不佳、机械性能偏低、易老化等弊端[15]，故其应用受到了一定限制。为了克服聚氨酯的这一缺陷，研究者们通过物理改性或化学改性的方法，向聚氨酯中加入各类填料，从而制得性能优良的聚氨酯基复合材料。为了提高了聚氨酯弹性体(Polyurethane elastomer，简称 PUR)在侵蚀条件下的耐磨性，Zhou R 等[16]采用 PU 预聚体与硅烷偶联剂处理的 Al2O3(180 目)制备了聚氨酯复合材料，其工艺流程为图 1.1。测试了在 Al2O3含量不同的情况下，所制备材料的拉伸、硬度以及摩擦磨损性能。结果发现复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随着 Al2O3颗粒含量增加而降低，而硬度在该过程中却逐渐增加。如图 1.2 所示，随着填料含量增加，相对磨损率先增加后减少。也就是在一定含量之前，加入 Al2O3颗粒能提高聚氨酯弹性体的耐磨性[16]。

西南交通大学硕士研究生学位论文 5%滑石)下降。同时还研究了聚氨酯复合材料的原始表面和磨损表面的tact angle，简称 CA)。实验结果表明摩擦后磨损表面的接触角增大。此 MRH-3 高速环块磨损试验台上以干滑动和水润滑的不同滑动速度和负擦和磨损进行了实验测试。实验结果表明，滑石的引入极大提高了聚氨摩擦学性能。具体而言，，随着滑石粉的增加，复合材料的摩擦系数(Coef，简称 COF)增加。扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，简称，在给定的载荷和滑动速度下，滑石填充的 PU 复合材料的磨损表面比
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】

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本文编号：2654813