碳納米管-雙馬來酰亞胺體系的摩擦磨損研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，不斷對材料提出新的要求，以滿足航空航天、電子信息、核能等高新技術(shù)領(lǐng)域的需要.雙馬來酰亞胺樹脂這種高比強(qiáng)、高比模、高絕緣、耐高溫和耐腐蝕，能在惡劣環(huán)境中長期使用的高性能樹脂是滿足這些日益發(fā)展的新需求的先進(jìn)樹脂，然而針對其在使用過程中的損耗和失效所開展的摩擦磨損以及潤滑的研究甚為不足。本文正對雙馬來酰亞胺樹脂的這種情況，提出了在兩種減小摩擦磨損實(shí)現(xiàn)潤滑的方案：方案一，直接制備雙馬來酰亞胺納米復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的固體納

2、米潤滑；方案二，在雙馬來酰亞胺和金屬對磨材料的接觸表面添加納米潤滑微乳，減輕摩擦磨損。
　　 首先，利用碳納米管優(yōu)良的熱性能、力學(xué)性能以及潤滑特性，結(jié)合雙馬來酰亞胺樹脂的先進(jìn)性，制備性能優(yōu)異的MWCNTs/BMI納米復(fù)合材料降低材料的摩擦磨損。為了進(jìn)一步研究影響該納米復(fù)合材料的摩擦磨損的因素以實(shí)現(xiàn)磨損的最大化降低，并排除環(huán)境因素（如溫度、濕度等）的影響，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究了影響材料摩擦磨損的幾個(gè)重要因素。
　　 通過采用

3、不同的長徑比的碳納米管制備MWCNTs/BMI納米復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)，碳納米管本身的結(jié)構(gòu)會(huì)對所制備的復(fù)合材料的摩擦磨損產(chǎn)生影響，長徑比大的碳納米管所制備的復(fù)合材料具有較低的摩擦系數(shù)和磨損率；然而碳納米管長徑比變化對材料的摩擦磨損帶來的影響卻遠(yuǎn)不如碳納米管帶有官能團(tuán)所帶來的影響。當(dāng)對碳納米管實(shí)現(xiàn)胺基化的時(shí)候，碳納米管本身管狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，所制備的復(fù)合材料的摩擦系數(shù)會(huì)降低。
　　 MWCNTs/BMI納米復(fù)合材料的摩擦磨損特性還跟加入碳納

4、米管之后引起的樹脂交聯(lián)度的變化有關(guān)，當(dāng)碳納米管表面上帶有羧基時(shí)會(huì)加速復(fù)合材料的固化，進(jìn)而加大樹脂的交聯(lián)度。這種對樹脂的強(qiáng)化對提高整個(gè)復(fù)合材料的摩擦磨損也是有利的。
　　 在保持其他條件相同的情況下，通過對碳納米管的改性來增強(qiáng)MWCNTs/BMI復(fù)合材料的界面是降低該復(fù)合材料的摩擦磨損最為顯著和有效的手段。用烯丙基雙酚A改性后的碳納米管制備的納米復(fù)合材料，在樹脂中分散狀態(tài)最佳，而且與樹脂的界面粘接強(qiáng)度最大，該復(fù)合材料的摩擦系數(shù)比添

5、加純碳納米管制備的復(fù)合材料降低了四分之三，磨損率降低了二分之一，達(dá)到幾種改性碳納米管／ BMI樹脂的摩擦磨損的最佳值。
　　 利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)等手段對MWCNTs/BMI復(fù)合材料的摩擦磨損表面及機(jī)理分析發(fā)現(xiàn)，改變以上提到的各因素會(huì)改變磨損表面的形貌，而其中界面因素對磨損形貌的影響最大。加入純碳納米管可以使樹脂磨損表面形貌由存在眾多裂紋的波紋狀疲勞磨損形貌向表面有碾痕的粘著磨損過渡，加

6、入改性后的碳管后磨損表面顯得平滑，很多時(shí)候都顯示微磨粒磨損的形貌。而且當(dāng)復(fù)合材料的磨損形貌為微磨粒磨損的時(shí)候，其磨損率和材料的顯微硬度之間存在如下線性關(guān)系：dm/dl=-0.01498+0.0059/H。也就是說，當(dāng)復(fù)合材料的磨損機(jī)理為微磨粒磨損機(jī)理的時(shí)候，材料的顯微硬度可以成為磨損率的簡易判據(jù)：硬度越大的復(fù)合材料一般磨損率越低，越耐磨。
　　 其次，通過在石蠟油中添加硬脂酸改性碳納米管形成穩(wěn)定均一的分散，明顯地減小所潤滑的雙馬

7、來酰亞胺對磨鋼球體系的摩擦系數(shù)，減小鋼球在雙馬來酰亞胺表面形成的磨痕的寬度和深度。改性后的碳納米管在摩擦表面起到微軸承的作用，從而減小了摩擦磨損，但是發(fā)現(xiàn)少量碳納米管會(huì)鍥入樹脂表面，對樹脂表面造成微劃傷。
　　 為了減小這種微劃痕，用水解后的苯乙烯-馬來酸酐共聚物改性碳納米管，使碳納米管形成以力學(xué)強(qiáng)度大并且熱穩(wěn)定性高的碳納米管為核，以高分子聚合物軟層為殼的結(jié)構(gòu)，并且呈球形分散在石蠟油中。這種碳納米管表面的高分子軟層在較小添加濃度