聚乙烯醇基耐磨材料的制备及其性能研究

发布时间：2020-11-15 01:49

　　本文通过熔融共混和溶液流延法分别制备了聚乙烯醇(PVA)基耐磨材料,通过填充不同耐磨填料改善了聚乙烯醇基体的耐磨性能。论文分别研究了硅烷偶联剂、碳化硅、OAP-POSS、PVA-g-POSS的加入对PVA基复合耐磨材料结构和性能的影响。硅烷偶联剂对PVA/SiC复合材料性能的研究结果表明,偶联剂加入有效得提高了聚乙烯醇和碳化硅的界面结合力,耐磨性能有显著地提升。偶联剂浓度在3%左右的时,对PVA/SiC复合材料力学性能和耐磨性能提升的相对效果最好。碳化硅的含量和粒径研究结果发现,在一定偶联剂浓度下,随着碳化硅粒子的增加,材料的刚性增加,PVA/SiC复合材料的冲击强度、拉伸强度以及断裂伸长率均呈现先升高后降低的趋势,其弯曲强度和弯曲模量则表现为先降低后增高;随着碳化硅含量的加入,耐磨性能进一步的提升;与微米级碳化硅粒子相比,纳米级碳化硅粒子在较高含量的情况下,对PVA/SiC复合材料的耐磨性能提升的更显著。为了提高填料与聚乙烯醇基体之间的界面结合力,选取了纳米八氨基笼型倍半硅氧烷(POSS),通过熔融共混的方法来对聚乙烯醇基体进行填充改性。研究结果表明,OAP-POSS与PVA分子间形成了氢键;随OAP-POSS含量的增加,PVA/OAP-POSS复合耐磨材料的拉伸强度、断裂伸长率及弯曲强度均有所提高,其耐磨性能也明显地提高。为了进一步增强耐磨填料与基体间的相互作用力,本研究通过溶液流延法将八氯丙基笼型倍半硅氧烷(POSS)通过化学反应接枝到PVA分子链上,制备PVA与POSS间通过化学键联结的PVA-g-POSS耐磨材料。研究表明,八氯丙基笼型倍半硅氧烷成功接枝到了PVA分子链的羟基上形成了PVA-g-POSS,;随着八氯丙基POSS的增加,PVA-g-POSS纳米复合耐磨材料的拉伸模量、断裂韧性和拉伸模量均有明显提高。Holm-Archard模型对PVA基耐磨复合材料的磨损系数进行研究,对不同填料体系PVA基耐磨材料的耐磨性能研究表明,SiC加入以磨粒磨损为主,POSS加入后以粘着磨损为主。
【学位单位】：北京工商大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB39
【部分图文】：

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Taber 耐磨测试仪 505 美国 Taber 公司2.2.3 实验步骤2.2.3.1 硅烷偶联剂改性碳化硅将干燥的 100gSiC 粉末分别与不同质量分数的硅烷偶联剂乙醇溶液（硅烷偶联剂的质量分数分别为 1%、1.5%、2%、3%、4%）放入三口烧瓶中搅拌混合。用乙酸调节 pH 值至 4-5 左右。先超声分散 30 分钟，再水浴加热 80oC，搅拌混合 2 小时，转速为 300 r/min。后经抽滤，真空干燥，研磨后取得最终改性碳化硅粉末。2.2.3.2 PVA/SiC 耐磨材料的制备在试验之前先将原料放入温度为 80oC 的烘箱内处理 0.5 h 除去水分。将烘干后的PVA 与 40 份(phr)甘油经高速混合机混合进行预增塑处理，将预增塑所得的 PVA 粉料与不同偶联剂浓度处理后的碳化硅粉末 40 份，在 185oC 下经转矩流变仪熔融塑化4min，转子转速为 50 rpm.。所得材料在 220oC、10t 压力下，压片 10min 制备 PVA /SiC耐磨材料,所得对应 PVA /SiC 样品分别命名为 K0，K1，K1.5，K2，K3，K4。具体技术路线如图 2.1 所示：

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图 2.1 原始碳化硅粒子 SEM（A）和粒径分布图（a）和表面改性碳化硅粒子 SEM（B）和分布图（b）2.4.1.2 红外表征图 2.2 示出了原始碳化硅粒子和表面包覆碳化硅粒子的红外谱图，由图可知640 cm-1处为 C-Si 键的伸缩振动峰。经过表面改性以后，在 1600 cm-1和 3340处，分别出现了两个新的振动峰，分别对应-NH2的弯曲振动和硅羟基的伸缩振证明偶联剂 KH550 在酸性条件下水解成的硅烷成功包覆在碳化硅表面上。如图所示 KH550 经水解生成硅羟基，包覆在碳化硅粒子表面，导致碳化硅粒子表面新的硅羟基振动峰和 KH550 结构中原有的氨基振动峰，且这些基团的振动峰强着偶联剂浓度的增加而增强。由此可知，碳化硅粒子表面被成功包覆了一层硅烷

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