碳納米管-尼龍66復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著人們對(duì)能源消耗問題的關(guān)注，對(duì)摩擦和磨損方面的研究越來越重視。高分子聚合物摩擦材料，因其具有強(qiáng)度/質(zhì)量比高、制造工藝簡單以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和摩擦學(xué)特性，可以明顯減輕材料重量，降低材料的磨損，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、化工、紡織、機(jī)械、儀器儀表、汽車及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。尼龍66作為一種典型工程塑料，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱性，磨擦系數(shù)低，耐磨損，自潤滑性，吸震性，耐油，耐弱酸、弱堿，電絕緣性好;而且在較高溫度也能保持較高的強(qiáng)度和剛度，特別是耐

2、熱性和耐油性好，適合制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件和容易受熱的部件。
　　 為了提高尼龍66作為齒輪、軸承等材料的耐磨性。本論文在多壁碳納米管(MWCNTs)表面改性的基礎(chǔ)上，采用熔融共混法制備了一系列MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料，研究了MWCNTs的修飾改性和胺化碳納米管(D-MWCNTs)含量對(duì)復(fù)合材料的加工流變性和產(chǎn)物分散性的影響，通過對(duì)復(fù)合材料結(jié)晶性能和力學(xué)性能的研究，得到MWCNTs的修飾方法和D-MWCNTs含量對(duì)復(fù)合材料

3、摩擦性能的影響。具體研究結(jié)果如下:
　　 (1) MWCNTs的表面改性。通過對(duì)MWCNTs進(jìn)行酸化和胺化處理，分別在MWCNTs表面接枝了羧基、羥基、羰基，以及胺基官能團(tuán)。確定了最佳混酸處理和胺化修飾改性條件，制備了分散均勻、表面含有胺基官能團(tuán)的MWCNTs。
　　 (2) MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料的制備。通過轉(zhuǎn)矩流變儀制備了一系列MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料，研究顯示，MWCNTs的胺化處理，改善了MWCNT

4、s與尼龍66之間的相容性，提高了MWCNTs在尼龍66基體中的分散性。確定了最佳復(fù)合材料制備過程的工藝參數(shù)。
　　 (3)MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料的結(jié)晶性能和熱性能。研究了MWCNTs修飾方法和D-MWCNTs含量對(duì)尼龍66非等溫結(jié)晶熔融行為、結(jié)晶結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性的影響。
　　 1)由于D-MWCNTs的誘導(dǎo)作用，添加D-MWCNTs復(fù)合材料的熔融焓增大。隨著D-MWCNTs含量的增加，復(fù)合材料的熔融溫度降低，結(jié)晶峰

5、值溫度增加，熔融焓呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。
　　 2)MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究證明，D-MWCNTs的添加阻礙了尼龍66分子鏈運(yùn)動(dòng)，使尼龍66在較高溫度下開始結(jié)晶，結(jié)晶增長變緩，復(fù)合材料的結(jié)晶速率減小，改變了尼龍66的成核和生長機(jī)理，改變了復(fù)合材料的結(jié)晶和增長過程。
　　 3) MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料結(jié)晶結(jié)構(gòu)研究表明，D-MWCNTs的添加，改善了MWCNTs與尼龍66的相容性，減弱了M

6、WCNTs對(duì)復(fù)合材料結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響;當(dāng)D-MWCNTs含量為2.5 wt％時(shí)，對(duì)復(fù)合材料結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響最小。
　　 4) MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性研究表明，在惰性氣氛下，MWCNTs沒有改變復(fù)合材料的降解趨勢，隨著D-MWCNTs含量的增加，復(fù)合材料的最終熱分解溫度增加，熱穩(wěn)定提高;最終失重率相應(yīng)增加，且與預(yù)混質(zhì)量相當(dāng)，說明改性MWCNTs在尼龍66基體中分布均勻。
　　 (4) MWCNTs/尼龍66復(fù)

7、合材料的力學(xué)和摩擦性能。重點(diǎn)研究了尼龍66和MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料的力學(xué)性能及干態(tài)、非潤滑、反共形接觸摩擦磨損性能，分析了MWCNTs對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損機(jī)理的影響，并利用納米壓痕儀分析了摩擦前后復(fù)合材料的微觀性能的變化。
　　 1)當(dāng)MWCNTs含量相同時(shí)，酸化碳納米管(A-MWCNTs)和D-MWCNTs的添加，使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量增加，同時(shí)，由于MWCNTs具有剛性，導(dǎo)致所有材料的斷裂伸長率較純尼龍66明顯

8、下降;隨著D-MWCNTs含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量都呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)其含量為2.5 wt％時(shí)，達(dá)到最大值。
　　 2)當(dāng)MWCNTs含量相同時(shí)，在穩(wěn)定摩擦階段，MWCNTs的表面改性有效降低了復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率;當(dāng)D-MWCNTs含量為2.5 wt％時(shí)，摩擦系數(shù)最小，磨損率最低。
　　 3)當(dāng)MWCNTs含量相同時(shí)，由于D-MWCNTs與尼龍66基體之間存在良好的界面相容性，僅在D-MW

9、CNTs/尼龍66復(fù)合材料的磨損表面形成了轉(zhuǎn)移膜，其余材料表面都產(chǎn)生了微裂紋;當(dāng)D-MWCNTs含量增加至5wt％時(shí)，復(fù)合材料表面的轉(zhuǎn)移膜消失，微裂紋再次出現(xiàn)，說明當(dāng)MWCNTs含量過多時(shí)，導(dǎo)致MWCNTs在尼龍66基體中團(tuán)聚，使復(fù)合材料性能下降。
　　 4)當(dāng)MWCNTs含量相同時(shí)，摩擦使尼龍66的硬度和模量明顯增加，而D-MWCNTs/尼龍66復(fù)合材料的最大壓痕深度、硬度和彈性模量在摩擦前后沒有明顯變化;在摩擦前后，D-MW