KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 多孔自润滑聚合物复合材料的制备和性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 邵明超 | |
| Thesis Advisor | 王廷梅 ; 杨世元 |
| 2019-05-22 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工程硕士 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料工程 |
| Keyword | 多孔聚合物复合材料 油存储性能 刺激响应性 摩擦学性能 智能润滑 Porous Polymer Composites Oil Storage Properties Stimuli Responsiveness Tribological Properties Smart-lubrication |
| Abstract | 多孔自润滑聚合物复合材料综合了多孔性构造和自润滑聚合物的优点，在吸收存储、可控释放、刺激响应和摩擦润滑领域存在着广泛的应用。随着科学技术的发展，国家高精尖技术的需求变大，对多孔自润滑聚合物材料的结构新颖性、多功能性和性能优越性提出了更高的要求。本论文选取热塑性聚酰亚胺（YS-20）作为多孔材料基体，采用改进冷压-热烧结工艺制备了多孔聚酰亚胺材料，针对多孔自润滑聚合物材料的多孔结构、油吸收存储、刺激响应以及摩擦学性能开展了一系列研究工作，主要成果如下： 1.通过结合多孔聚酰亚胺的孔隙和中空二氧化硅微球制备了兼具管道运输系统和仓库存储系统的类蜘蛛网PPI-KHSM复合材料。PPI-KHSM复合材料具有优良的油吸收存储性能，当KHSM的含量增加至5.0wt.％时，含油率增加了50.1％；同时，在管道运输系统小孔径的限制下，PPI-KHSM复合材料能够保持优良的含油保持率。该复合材料具有良好的刺激响应性，当受到压力和温度刺激时，存储在KHSM内部空间和PPI的孔隙中的PAO10将释放并移动到材料表面，在表面形成一层润滑油膜。当去除刺激时，表面上的润滑剂又可在毛细管力的作用下被回吸到材料内部。PPI-KHSM复合材料良好的储油性能和刺激响应性能为摩擦学应用奠定了基础，在摩擦热和应力的刺激作用下，PAO10润滑油能够从材料中释放，有效润滑摩擦表面；摩擦运动停止时，滑动表面的润滑油会被重新回收，摩擦学性能得到了极大的提高。当KHSM含量为1.5wt.％时，复合材料的COF和Ws达到最低值0.056和3.55×10-7mm3N-1m-1，并且具有更光滑的磨损表面和更薄的聚合物转移膜。由于复合材料塑性变形引起的疲劳磨损，磨屑表现出卷曲的鳞片状。20-400N载荷和0-1.13m/s速度下的摩擦学测试结果和Dowson理论计算结果均表明PPI-KHSM的润滑状态处于边界润滑。XPS和拉曼光谱分析表明，虽然PAO10一定程度上阻碍了转移膜的形成，但诸如，聚合物的分解及其与KHSM的反应，Fe与空气中水蒸气和氧气的氧化反应等摩擦化学反应仍然可以发生。 2.提出了一种新型的超分子油凝胶浸渍大孔聚酰亚胺自润滑复合材料。该复合材料具有良好的润滑油存储性能。变温核磁结果表明，分子间氢键的形成是导致润滑油凝胶化的主要驱动力。综合超分子油凝胶强的温度-压力依赖性和大孔聚酰亚胺材料的良好的抗压性-耐温性，超分子油凝胶浸渍大孔聚酰亚胺可以积极响应温度刺激，但对载荷刺激不敏感。在外界刺激下，存储在内部的油凝胶发生相变，转变成液体润滑油，析出至材料表面；外界刺激移除时，表面液态的润滑油在毛细管力作用下被重新吸收至复合材料内部，转变为凝胶态存储起来。相比于无孔聚酰亚胺材料，该复合材料展现出良好的润滑效果：摩擦系数下降，磨痕宽度变窄，深度变浅，压实区域消失。由于其对压力刺激不敏感性，在摩擦过程初期，出现钢球和微凸体的固-固接触，聚合物转移膜出现部分碳化。随着摩擦过程继续，产生的摩擦热诱导油凝胶的相变和释放，从而产生良好的润滑效果。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25267 |
| 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 | 邵明超. 多孔自润滑聚合物复合材料的制备和性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
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| 201963邵明超.pdf（3800KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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