耐磨形状记忆聚酰亚胺/氮化硼/炭黑材料的制备及性能研究
发布时间：2021-07-30 18:09
形状记忆聚酰亚胺（SMPI）是一类智能高分子材料,具有良好的综合性能,如高热稳定性,高强度,高模量和耐辐射性等,拥有广泛的应用前景。在SMPI运行的恶劣环境中,摩擦会给材料带来损伤甚至缩短材料使用年限,是材料在应用时的严重壁垒,因而增强材料耐磨性对其应用具有重要意义。六方氮化硼（h-BN）具有与石墨相似的层状结构,多年来由于润滑性好、高导热性、耐高温等优势已经广泛用于材料改性。炭黑（CB）具有成本低、重量轻、屏蔽能力良好、化学稳定性高等特点。本文将形状记忆聚酰亚胺与氮化硼及炭黑相结合,以期在保持聚酰亚胺良好综合性能的同时,有效提高聚酰亚胺复合材料的耐磨性能,拓宽SMPI在航空航天、微电子等前沿领域的应用范围。本文采用原位聚合法制备形状记忆聚酰亚胺,为了增强无机相与有机相的界面相互作用,利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对纳米氮化硼进行改性,将其与聚酰胺酸（PAA）进行分散聚合,经过梯度升温固化制备出SMPI/M-BN复合材料。结果表明,以4,4′-（六氟亚异丙基）邻苯二甲酸酐（6-FDA）以及2-（4-氨基苯基）-5-氨基苯并噁唑（AAB）为单体制备的SMPI的玻璃化转变温度T...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SMP形状记忆效应基本原理图示[16]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-1.1.2聚酰亚胺聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）的结构简式如图1-2，其主链上含有-CO-N-CO-结构。1908年，Bogert和Renshaw通过分子内缩合法最早制备出了芳族聚酰亚胺，其中选择的单体为4-邻苯二甲酸酐和4-氨基邻苯二甲酸二甲酯，此后聚酰亚胺逐渐受到国内外研究者的关注及重视[25]。对于航空科技、微电子技术等前沿领域的日益发展及壮大，高性能材料的开发及创新是重要推动力。近年来对于材料科学领域的需求日益提高，材料的综合性能要求日益严格。在材料科学的洪流中，聚酰亚胺被称为解决问题的能手，日益成为研究者们关注的焦点。图1-2聚酰亚胺结构简式[24]通过不断的探索和研究，研究者们发现聚酰亚胺综合性能十分优异，如可耐高低温及辐射、机械性能良好，介电及绝缘性能优异，阻燃性良好且无毒等，因此广泛应用于很多领域。例如，聚酰亚胺薄膜可应用于电缆绕线，变压器，电机槽绝缘材料，电容器等。半透明聚酰亚胺薄膜可以应用于软太阳能电池板和太阳能导航板[26-28]；其纤维可作为放射性材料及高温防火、防弹过滤材料[29-33]、耐高温涂料及绝缘漆电磁线[34-36]等；此外，与其他材料进行复合用作耐高温材料应用于航空、航天器、火箭部件等[37-39]；也可以加工为工程塑料、泡沫塑料、医用材料、光电材料等[40-43]。无机材料掺杂聚酰亚胺制备复合材料的研究较为常见，而近几年来，有研究者将目光投向高性能聚酰亚胺智能化的探究，例如形状记忆聚酰亚胺，良好的综合性能与形状记忆效应相结合可以很大程度的扩展聚酰亚胺的应用领域及范围。高耐摩性可以延长材料的有效使用寿命，提高应用可靠性。所以为扩大材料的应用领域，在保证聚合物具有良好综合性能的同时，提高材料的耐摩擦磨损性能是十分必要的。
?邓?希?佣?斐善渌苄员湫魏臀⒐坌伪洌?诒砻?产生犁沟而引起的磨损即为磨粒磨损；疲劳磨损是指接触表面部分微凸体相互作用，导致接触区域产生很大的变形及应力致使材料产生的磨损现象。粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损是高分子材料的主要磨损形式。在磨损的过程中，通常以一种磨损机理为主，同时伴随有其他磨损机理的存在。聚酰亚胺是一种重要的自润滑材料，由于其良好的真空耐摩擦磨损特性，在空间科学中得到了广泛的应用[44-45]。随着聚合物自润滑材料的应用，长期恶劣环境下的摩擦依然给聚酰亚胺材料带来了严重损伤。如图1-3（a）所示，为航天器中应用的聚酰亚胺经过实际摩擦后的形貌，可见其对仪器的保护作用已非常有限；而1-3（b）为市售Kapton聚酰亚胺薄膜在本文摩擦实验条件下的磨损情况，本文的磨损试验已将其磨穿。因此对聚酰亚胺材料的耐摩擦磨损性能和使用寿命提出了更高的要求，强耐磨聚酰亚胺材料需要进一步探索。摩擦学研究和实践表明，聚酰亚胺中引入增强纤维、固体润滑剂和功能纳米填料可以显著提高耐摩性能[46]。一般用作耐磨填料的无机材料有SiO2[47-48]、碳纤维（CF）[49-51]、石墨（CB）[52]、碳纳米管（CNT）[53]、BN[53]、MoS2[50,51,54]等，无机材料的加入在保证聚合物原始优异性能的同时，可以有效降低材料磨损率，提高其耐磨性，延长材料的使用寿命。然而，目前对于形状记忆聚酰亚胺/无机复合材料耐摩擦性能相关的研究仍然较少，需要进一步研究和探索。图1-3聚酰亚胺薄膜磨损图：（a）某航天器仪器表面聚酰亚胺磨损（b）市售Kapton聚酰亚胺薄膜在本文摩擦实验条件下被磨穿的形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]Comparative study of tribological properties of insulated and conductive polyimide composites[J]. Jingfu SONG,Yuanhao YU,Gai ZHAO,Jinhao QIU,Qingjun DING. Friction. 2020(03)
[2]纳米炭黑/聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能[J]. 王志远,沈旭,俞娟,谷和平,王晓东,黄培. 南京工业大学学报(自然科学版). 2015(02)
本文编号：3311877
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SMP形状记忆效应基本原理图示[16]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-1.1.2聚酰亚胺聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）的结构简式如图1-2，其主链上含有-CO-N-CO-结构。1908年，Bogert和Renshaw通过分子内缩合法最早制备出了芳族聚酰亚胺，其中选择的单体为4-邻苯二甲酸酐和4-氨基邻苯二甲酸二甲酯，此后聚酰亚胺逐渐受到国内外研究者的关注及重视[25]。对于航空科技、微电子技术等前沿领域的日益发展及壮大，高性能材料的开发及创新是重要推动力。近年来对于材料科学领域的需求日益提高，材料的综合性能要求日益严格。在材料科学的洪流中，聚酰亚胺被称为解决问题的能手，日益成为研究者们关注的焦点。图1-2聚酰亚胺结构简式[24]通过不断的探索和研究，研究者们发现聚酰亚胺综合性能十分优异，如可耐高低温及辐射、机械性能良好，介电及绝缘性能优异，阻燃性良好且无毒等，因此广泛应用于很多领域。例如，聚酰亚胺薄膜可应用于电缆绕线，变压器，电机槽绝缘材料，电容器等。半透明聚酰亚胺薄膜可以应用于软太阳能电池板和太阳能导航板[26-28]；其纤维可作为放射性材料及高温防火、防弹过滤材料[29-33]、耐高温涂料及绝缘漆电磁线[34-36]等；此外，与其他材料进行复合用作耐高温材料应用于航空、航天器、火箭部件等[37-39]；也可以加工为工程塑料、泡沫塑料、医用材料、光电材料等[40-43]。无机材料掺杂聚酰亚胺制备复合材料的研究较为常见，而近几年来，有研究者将目光投向高性能聚酰亚胺智能化的探究，例如形状记忆聚酰亚胺，良好的综合性能与形状记忆效应相结合可以很大程度的扩展聚酰亚胺的应用领域及范围。高耐摩性可以延长材料的有效使用寿命，提高应用可靠性。所以为扩大材料的应用领域，在保证聚合物具有良好综合性能的同时，提高材料的耐摩擦磨损性能是十分必要的。
?邓?希?佣?斐善渌苄员湫魏臀⒐坌伪洌?诒砻?产生犁沟而引起的磨损即为磨粒磨损；疲劳磨损是指接触表面部分微凸体相互作用，导致接触区域产生很大的变形及应力致使材料产生的磨损现象。粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损是高分子材料的主要磨损形式。在磨损的过程中，通常以一种磨损机理为主，同时伴随有其他磨损机理的存在。聚酰亚胺是一种重要的自润滑材料，由于其良好的真空耐摩擦磨损特性，在空间科学中得到了广泛的应用[44-45]。随着聚合物自润滑材料的应用，长期恶劣环境下的摩擦依然给聚酰亚胺材料带来了严重损伤。如图1-3（a）所示，为航天器中应用的聚酰亚胺经过实际摩擦后的形貌，可见其对仪器的保护作用已非常有限；而1-3（b）为市售Kapton聚酰亚胺薄膜在本文摩擦实验条件下的磨损情况，本文的磨损试验已将其磨穿。因此对聚酰亚胺材料的耐摩擦磨损性能和使用寿命提出了更高的要求，强耐磨聚酰亚胺材料需要进一步探索。摩擦学研究和实践表明，聚酰亚胺中引入增强纤维、固体润滑剂和功能纳米填料可以显著提高耐摩性能[46]。一般用作耐磨填料的无机材料有SiO2[47-48]、碳纤维（CF）[49-51]、石墨（CB）[52]、碳纳米管（CNT）[53]、BN[53]、MoS2[50,51,54]等，无机材料的加入在保证聚合物原始优异性能的同时，可以有效降低材料磨损率，提高其耐磨性，延长材料的使用寿命。然而，目前对于形状记忆聚酰亚胺/无机复合材料耐摩擦性能相关的研究仍然较少，需要进一步研究和探索。图1-3聚酰亚胺薄膜磨损图：（a）某航天器仪器表面聚酰亚胺磨损（b）市售Kapton聚酰亚胺薄膜在本文摩擦实验条件下被磨穿的形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]Comparative study of tribological properties of insulated and conductive polyimide composites[J]. Jingfu SONG,Yuanhao YU,Gai ZHAO,Jinhao QIU,Qingjun DING. Friction. 2020(03)
[2]纳米炭黑/聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能[J]. 王志远,沈旭,俞娟,谷和平,王晓东,黄培. 南京工业大学学报(自然科学版). 2015(02)
本文编号：3311877
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