改性纳米Si_3N_4/环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

研究纳米氮化硅粒子(Si3N4)填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝共聚改性、粒子含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。通过对复合材料磨损表面的粗糙度及形貌分析探讨复合材料的磨损机理。结果表明,纳米氮化硅粒子能在很低的含量下(0.18%(体积分数,下同))显著提高环氧树脂的耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝共聚改性的纳米Si3N4粒子填充的复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比Si3N4/EP提高3倍,摩擦系数降低20%。这说明,在Si3N4纳米粒子表面进行接枝共聚后,有利于加强粒子与基体的界面结合,从而改善复合材料的摩擦学性能。     

SiO2-竹纤维协同改性对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了提高环氧树脂（EP）基复合材料的摩擦磨损性能,制备低成本耐磨材料,选用纳米SiO₂粒子和竹纤维（BF）等作为填料,制备了纳米SiO₂-BF/EP复合材料。通过摩擦磨损测试仪、动态热机械分析仪和SEM研究了纳米粒子和纤维对复合材料的耐磨性能、热学性能及微观结构的影响。研究结果表明:单独加入BF后,BF/EP复合材料的体积磨损较同条件下的纯EP大幅度降低,最多可降低71%;同时加入SiO₂纳米粒子和BF后,对纳米SiO₂-BF/EP复合材料的玻璃化转变温度和体积磨损影响显著,玻璃化转变温度比纯EP提高了11℃,达到了124℃,体积磨损较同条件下的纯EP下降了约75.3%。      

环氧改性酚醛树脂纳米复合材料的制备及性能研究

为提高酚醛树脂(PF)的耐热性和韧性,拓宽其应用范围,采用环氧树脂(EP)和纳米二氧化硅(SiO_2)对酚醛树脂进行改性,研究环氧树脂和纳米粒子用量对酚醛树脂综合性能的影响。测试结果综合分析表明,在环氧树脂用量为20%(wt,质量分数),KH560用量为20%(wt,质量分数),纳米SiO_2用量为1%(wt,质量分数)条件下,环氧/纳米SiO_2改性酚醛树脂复合材料的聚合时间和软化点得到提高,热分解温度达到416.2℃,冲击强度达到7.49kJ/m~2,具有较好的性能。     

MoO3-氧化碳纳米管改性玻璃纤维/环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能

为改善玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损性能,采用真空抽滤法制备柔性MoO₃纳米带-氧化碳纳米管膜(m-MoO₃-OCNTs),并结合真空辅助树脂转移模塑(VARTM)工艺制备m-MoO₃-OCNTs改性GF/EP (m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP))复合材料。结果表明,m-MoO₃-OCNTs显著提高了GF/EP复合材料的导热系数和自润滑性能,在干摩擦测试条件下,可在m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料与对偶面之间形成有效传递摩擦热的高质量连续转移膜;与GF/EP复合材料相比,m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损磨性能提高了约4倍。     

纳米SiO_2/石墨烯-阻燃环氧树脂复合材料的制备及性能研究

以环氧树脂(EP)作为基体材料,采用溶胶-凝胶法和表面改性工艺制备了基于氧化石墨烯和纳米SiO_2组成的新型石墨烯基杂化材料(r-SGO),并进一步制备了纳米SiO_2/石墨烯-阻燃环氧树脂复合材料(r-SGOn/EP)。利用FT-IR光谱、Raman光谱和SEM等手段,分析了复合材料的化学结构、微观形貌和界面结合性能,研究了不同含量的r-SGO对复合材料的机械性能、热稳定性和阻燃性能的影响。结果表明,大量的SiO_2通过共价键成功地吸附在GO表面;r-SGO能够均匀地分散在环氧树脂基体中,环氧树脂与纳米材料界面间有很强的相互作用,引入的r-SGO增加了环氧树脂网络的交联密度,提高了复合材料的热稳定性;随着r-SGO含量的增加,r-SGOn/EP复合材料的综合性能提高。r-SGO1.5/EP复合材料的玻璃化转变温度为199℃,抗拉强度为71 MPa,导热系数为0.29 W/(m·K),初始降解温度为345℃,最大降解温度为453℃。r-SGO1.5/EP的最大质量损失率低于r-SGO0.5/EP,热稳定提高。r-SGO1.5/EP复合材料的最大极限氧指数(LOI)值为30.5%,r-SGOn/EP复合材料通过燃烧过程可以转变为具有较高热氧化稳定性和高径厚比的SiO_2纳米片,其片层具有良好的吸附性和阻隔功能,能够有效地发挥层状结构的阻燃作用。     

混杂功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。      

纳米碳化硅填充环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

以提高环氧树脂的摩擦磨损性能为目的,研究了纳米碳化硅粒子填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝改性、纳米粒子含量、摩擦条件等对复合材料摩擦学性能的影响。通过对复合材料磨损表面的形貌分析,以及复合材料的热变形性能和表面硬度的测定,探讨了复合材料的磨损机理。结果表明,纳米碳化硅粒子能在很低的含量下提高环氧树脂耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝处理后的纳米碳化硅粒子填充复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比环氧树脂提高近4倍,摩擦系数降低36%。这说明在SiC纳米粒子表面引入聚丙烯酰胺接枝链后,由于界面的强相互作用 ( 包括化学键合与链纠缠),有效地提高了复合材料的抵抗裂纹引发能力等性能,从而有利于改善其摩擦学性能。      

改性纳米或微米SiO_2的分散方法对木粉-SiO_2/聚丙烯复合材料力学性能的影响

未改性和乙烯基三甲氧基硅烷(VTS)改性的纳米SiO_2和微米SiO_2作为增强相,采用直接分散(干分散)和溶液分散(湿分散)两种方法将SiO_2添加到聚丙烯(PP)基体中。将木粉(WF)作为改性相添加到SiO_2改性的PP中制备WF-SiO_2/PP复合材料,探索SiO_2粒径、分散度及界面改性对复合材料增强效果的影响。红外光谱显示改性后的SiO_2已经成功接枝到PP基体上;与未填充SiO_2的WF/PP复合材料相比,干分散模式添加质量比为9%的微米SiO_2或9%的纳米SiO_2,WF-SiO_2/PP复合材料的弯曲强度分别降低了21%和18%;然而,湿分散模式以VTS改性微米SiO_2和纳米SiO_2,WF-SiO_2/PP复合材料弯曲模量分别提高了17%和22%,且抗蠕变性能也明显改善;通过干分散和湿分散模式添加微米SiO_2,均使WF-SiO_2/PP复合材料冲击强度提高了17%。研究表明,在SiO_2粒子分散均匀且与基体界面结合良好的前提下,加入适量微米SiO_2或纳米SiO_2使WF-SiO_2/PP复合材料的冲击强度提高了15%～25%。     

石墨烯的改性及其环氧树脂基复合材料的摩擦磨损性能

以硅烷偶联剂KH560为表面活性剂对石墨烯进行表面改性,以改性石墨烯为增强体,环氧树脂为基体制备了改性石墨烯/环氧树脂复合材料,研究了改性石墨烯含量、载荷对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂KH560成功嫁接至石墨烯表面;改性石墨烯降低了环氧树脂的磨损量和摩擦系数,且改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损量和摩擦系数随改性石墨烯含量增加均减小,当载荷为150 N、改性石墨烯含量为0.5%时,复合材料的磨损量和摩擦系数分别降低了44.9%和17.4%;随着载荷增加,改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损量和摩擦系数均减小;低载荷下,纯环氧树脂及改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损形式主要为疲劳磨损,改性石墨烯能抑制微裂纹的产生及扩展;载荷增加后,纯环氧树脂及改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损形式主要为磨粒磨损,且复合材料磨损表面的犁沟相对较少。     

二硫化钼/硫化铜纳米杂化材料改性环氧树脂摩擦学性能研究

采用两步水热法制备了具有核壳结构的二硫化钼/硫化铜(MoS₂/CuS)纳米杂化材料，然后将其作为填料与环氧树脂复合，制备了环氧树脂/二硫化钼/硫化铜(EP/MoS₂/CuS)复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了产物的化学组成和形貌特征，并利用多功能摩擦磨损试验机对EP复合涂层的摩擦磨损性能进行了探究。结果表明：MoS₂纳米片均匀地包覆在CuS表面，形成了以MoS₂为壳，CuS为核的杂化体。单体MoS₂、CuS和杂化材料MoS₂/CuS均能改善EP的摩擦学性能，其中杂化体MoS₂/CuS的改善效果最好，当MoS₂/CuS质量分数为1.25%时，EP/MoS₂/CuS复合材料的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了36.8%和35.7%。     

蒙脱土和碳纳米管共掺改性环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

采用有机化蒙脱土(OMMT)和碳纳米管(MWCNTs)2种纳米材料改性双酚A型环氧树脂。通过溶液共混法制备OMMT/EP、MWCNTs/EP、OMMT/MWCNTs/EP环氧树脂纳米复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断面,测试了复合材料的力学性能和热性能,探讨了OMMT、MWCNTs增韧环氧树脂的机理。结果表明,当试样中OMMT质量分数为4%,MWCNTs质量分数为0.7%时,OMMT/EP、MWCNTs/EP和OMMT/MWCNTs/EP的冲击强度分别达到16.8kJ/m2,23.1kJ/m2,30.4kJ/m2,较未掺杂环氧树脂分别提高了16.7%,60.4%,110%。弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了27.54%,35.74%,54.12%。3种复合材料的热分解温度和马丁耐热温度均较未改性环氧树脂略有提高。     

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

纤维素纳米晶改性及其环氧树脂复合材料的制备与性能研究

采用酸水解法从微晶纤维素中提取纤维素纳米晶(CNC),再分别用硅烷偶联剂和2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化剂对纤维素纳米晶进行改性，然后采用浇铸成膜法制备纯环氧树脂膜、含量为5%CNC、偶联改性CNC(K-CNC)及其TEMPO氧化改性CNC(T-CNC)/环氧树脂(EP)复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪和万能材料试验机对试样表面薄膜形貌结构、透光性能、热学性能、机械性能进行测试。结果表明：加入T-CNC及其K-CNC的EP复合材料，断面比纯EP膜更加粗糙，裂纹增加。加入CNC及改性后的CNC,EP复合材料的透光率有所降低，T-CNC/EP复合膜的透光率为83.9%,降低幅度最小，K-CNC/EP膜的拉伸强力为38.37MPa,拉伸强力最大，K-CNC/EP膜弹性模量为513.89MPa,和纯EP膜相比，其弹性模量增加了36.8%,T-CNC/EP及K-CNC/EP复合膜的热分解温度分别增加了7℃和10℃,热稳定性得以改善。     

无机微纳米粒子改性对碳纤维复合材料力学性能的影响

为评价无机微/纳米粒子改性对碳纤维复合材料力学性能的影响,采用真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺分别制备了[±45/0/90]_S铺层角度下纳米SiO_2、纳米Al_2O_3、微米SiO_2、微米Al_2O_3改性碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)。对其横向拉伸、损伤阻抗及损伤容限性能进行测试,通过扫描电镜和水浸超声C扫描检测观察试件内部损伤状态,对比分析无机微/纳米粒子对复合材料的增韧机理。实验结果表明,相比未改性CFRP,无机微/纳米粒子改性CFRP的冲击损伤初始阈值能量显著提高,冲击损伤面积明显减小,纳米SiO_2改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP/NSI)试件的横向拉伸断裂模式由单一的脆性断裂转为韧性断裂,最大冲击载荷和低速冲击后压缩强度(CAI)值达到了3484 N,62.4 MPa,相比未改性CFRP分别提升了30.4%,48.2%。[±45/0/90]_S铺层角度下试件的冲击损伤形状为花生状,冲击后压缩破坏模式为穿过中间损伤区域的压缩破坏(LDM)。     

纳米SiO_2/聚甲基丙烯酸甲酯透明复合材料的制备及透光率

首先利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对纳米SiO_2进行表面改性(SiO_2-MPS),再通过原位聚合法在SiO_2-MPS表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。采用熔融共混法将未改性和改性SiO_2与PMMA共混制成预分散母料,再分别与PMMA熔融共混制备纳米SiO_2/PMMA透明复合材料。用FTIR、TG和SEM对不同表面处理的纳米SiO_2和纳米SiO_2/PMMA复合材料的结构进行表征,并对其冲击强度、接触角和透光率进行表征。结果表明:SiO_2-MPS/PMMA复合材料中纳米SiO_2与MPS、MPS与PMMA间形成化学键,接枝率分别达到10.01%和22.95%,SiO_2-MPS-PMMA在PMMA中分散性最好,团聚现象明显减少,与纯PMMA相比,SiO_2/PMMA、SiO_2-MPS/PMMA和SiO_2-MPS-PMMA/PMMA复合材料的冲击强度、与水接触角均略有提升,透光率达到90%左右,最高可达94.2%。     

四嗪改性碳纳米管环氧摩擦材料的研究

利用Diles-Alder反应,采用3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪对碳纳米管(CNTs)改性处理,考察了改性处理对碳纳米管表面结构、分散程度以及对环氧复合材料性能的影响,通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)Raman)分析了材料表面磨损形貌、多壁碳纳米管(MWNTs)分散程度以及碳纳米管结构变化,并探讨复合材料摩擦磨损机理、四嗪与碳纳米管反应机理.结果表明,通过四嗪化合物处理碳纳米管后,碳管表面连接活性基团氨基,结构形态发生改变,提高碳纳米管在基体中分散性和复合材料摩擦性能,8h处理MWNTs/EP比未处理MWNTs/EP复合材料摩擦系数降低6.5%,磨耗率降低71.4%.     

嵌段共聚物非共价修饰碳纳米管/环氧纳米复合材料的性能

采用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了嵌段共聚物聚苯乙烯/苯乙烯基芘丁酸酯(PS-b-PAH),并将其对碳纳米管(MWNTs)进行非共价键表面修饰(PS-b-PAH/MWNTs),采用浇注成型法制备了MWNTs/环氧树脂(EP)纳米复合材料。透射电镜表明,嵌段聚合物PS-b-PAH包覆于MWNTs表面,形成有机包覆层的厚度为17.7nm。嵌段聚合物修饰有效地改善了碳纳米管在环氧基体中的分散性并提高了PS-b-PAH/MWNTs/EP纳米复合材料的导电性。当PS-b-PAH/MWNTs质量分数为0.8%时,复合材料的阈渗值pc=0.124%(质量分数),较MWNTs/EP(pc=0.625%)降低了5倍;电导率为10-3S/cm,较MWNTs/EP高了3～4个数量级。     

纳米ZnO和SiO2共混填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损行为

以纳米ZnO和纳米SiO2作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-SiO2复合填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,适量的纳米ZnO-SiO2作为复合填料可有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能,其中填充2%ZnO 2%SiO2的UHMWPE基复合材料改性效果最为明显。与纯UHMWPE材料相比,其磨损率下降了84.7%。纯UHMWPE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而不同含量的无机纳米微粒共混填充UHMWPE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。     

三维编织复合材料在润滑条件下的摩擦性能

利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织炭纤维/环氧(C3D/EP)复合材料.采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了该材料润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

PAO10@SiO2纳米胶囊的制备及自润滑环氧树脂摩擦磨损性能

以聚α烯烃-10 (PAO10)为芯材、二氧化硅(SiO₂)为壁材通过模板法及溶胶凝胶法,在水包油(O/W)乳液体系中制备了PAO10@SiO₂纳米胶囊,所制备的纳米胶囊呈规则球形,粒径约550 nm,芯材PAO10的质量分数为68.3%。同时,制备了含该纳米胶囊的自润滑环氧树脂复合材料,摩擦磨损实验表明,含10%PAO10@SiO₂纳米胶囊的环氧树脂复合材料的摩擦系数和磨损率与纯环氧树脂相比分别降低了58.5%和94.0%,通过摩擦面的扫描电镜表征揭示了纳米胶囊填充的环氧树脂复合材料的自润滑机理。