KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| Nomex/PTFE纤维织物复合材料摩擦学行为研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 袁军亚 | |
| Thesis Advisor | 张招柱 |
| 2019-05-22 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 混纺织物 纳米增强 界面改性 减摩抗磨 Hybrid fabric Nano enhancement Interface modification Antifriction and antiwear |
| Abstract | 纤维织物复合材料因其优异的加工性能、高比强度和突出的断裂韧性已经被广泛应用于航空航天、汽车、军事和运动设备等高端装备领域。特别值得注意的是，由于混纺编织的织物可将不同纤维独特的性能优势整合到同一织物，并能够赋予材料更加优异的性能，使其近年来备受关注。在各种已探究的混纺织物材料中，Nomex/PTFE混纺织物结合了Nomex纤维高比强度和PTFE纤维突出的自润滑性能，从而被作为一种优异的自润滑材料使用。然而，Nomex和PTFE纤维固有的化学惰性、低表面能以及表面光滑等特点导致纤维织物/树脂基体界面易形成弱粘附作用，极大地限制了Nomex/PTFE混纺织物复合材料理想性能的实现。此外，树脂基体较差的热稳定性能使其很容易受到摩擦热效应的影响，进而导致较差的抗磨和承载能力，这些问题的存在严重地阻碍了织物复合材料摩擦学性能的提升及其工程化应用。在本论文研究工作中，为了克服纤维表面惰性和聚合物基体热稳定性差等固有特点所带来的缺陷，界面改性和填料增强作为主要手段被应用到织物复合材料的改性过程中，取得的主要研究结果如下： (1)不同尺寸的TiB2颗粒被添加到Nomex/PTFE混纺织物复合材料中，用于研究其对复合材料高温摩擦学性能的影响。结果表明，TiB2颗粒的引入显著地改善了织物复合材料的热稳定性和机械性能，织物复合材料的高温抗磨性能随TiB2颗粒的加入大幅提升，与此同时并没有引起复合材料摩擦系数的明显增长。此外，相对于大尺寸TiB2颗粒，较小尺寸TiB2颗粒增强的织物复合材料在不同试验条件下均显示出更为优异的摩擦学性能。 (2)利用碳二亚胺反应的方法将BN纳米片和羧基碳纳米管共价交联，合成不同组成的BN1–xCx(x=0.25,0.5和0.75)杂化纳米片。测试结果表明BN1–xCx杂化纳米片增强织物复合材料的拉伸强度和热稳定性均高于未改性以及BN纳米片和碳纳米管单独增强的织物复合材料，这主要归功于BN纳米片和碳纳米管之间的协同效应以及杂化纳米片与树脂基体之间界面性能的改善。其中，BN纳米片和碳纳米管在BN0.5C0.5结构中分散的最为均匀，因而BN0.5C0.5对织物复合材料性能的提升作用最为突出。摩擦测试证明BN0.5C0.5增强的织物复合材料呈现出最优的抗磨和减摩性能，这主要源于CNTs优异的承载能力以及BN纳米片突出的自润滑性能。 (3)利用聚多巴胺作为桥梁，将氨基功能化的硅烷涂层共价接枝到Nomex/PTFE混纺纤维织物表面，从而在织物纤维表面引入大量的氨基基团。结果表明，氨基功能化的织物复合材料的拉伸和界面粘附强度明显优于未改性和聚多巴胺单独改性的织物复合材料，证明氨基功能涂层的引入极大地改善了混纺织物与酚醛树脂基体之间的界面作用。此外，摩擦测试进一步表明氨基硅烷改性的织物复合材料在不同测试条件下均显示出最优的摩擦学性能。 (4)不同种类的纳米材料（包括碳纳米管、氧化石墨烯、ZnO纳米晶须和POSS纳米颗粒）被引入到Nomex/PTFE混纺织物复合材料中的纤维表面，并作为聚合物/织物纤维界面增强相。通过此改性方法，织物纤维表面反应区域增加，能够提供牢固的界面机械锚固效应，并可缓解界面应力集中，明显提升了混纺织物与树脂基体的界面粘附作用。此外，纳米材料在摩擦过程中能够被释放到磨损表面，并参与到摩擦反应过程中，促进均一、坚韧的摩擦转移膜的形成，使得摩擦学性能得到有效提升。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25264 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 袁军亚. Nomex/PTFE纤维织物复合材料摩擦学行为研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
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