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文檔簡介
1、含二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)聚醚砜酮樹脂(PPESK)是一類新型高性能工程塑料,既耐高溫又可溶解,綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)耐高溫樹脂,性價比高,是制備高性能樹脂基復(fù)合材料的理想基體選材,具有很好的應(yīng)用前景。但其熔體粘度高,熱成型加工較難,限制了其更廣泛的應(yīng)用,急需適當(dāng)改性。本論文采用熔融擠出的方式對PPESK進(jìn)行共混改性,系統(tǒng)研究了改性后材料的結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在聯(lián)系。并在此基礎(chǔ)上,又用固體潤滑劑對改性后PPESK進(jìn)行填充改性,制備了PPESK樹脂基自潤滑復(fù)合
2、材料,重點(diǎn)考察了復(fù)合材料的機(jī)械性能和摩擦磨損性能。 采用雙酚A型聚砜(PSF)對PPESK進(jìn)行熔融共混改性,對不同含量共混物的結(jié)構(gòu)和主要性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。采用溶解度參數(shù)、差示掃描量熱法(DSC)、界面張力、傅立葉紅外(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)等方法和手段對該共混體系的相行為進(jìn)行了研究。PSF與PPESK的溶解度參數(shù)差值較小,僅為0.25(J/m1)1/2,預(yù)示二者有較好的相容能力。所研究組分在其組成范圍內(nèi),相對于兩個均
3、聚物,共混物有2個向中間靠攏的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,表明為部分相容體系。由接觸角測試結(jié)果計算得到PSF、PPESK表面張力進(jìn)而求得二者的界面張力V12為0.86 mN-m-1,粘附強(qiáng)度為69.33 mN·m-1,表明相界面間有較高粘合力。從SEM微觀斷面形貌圖中觀察到共混物相界面較模糊,兩相間結(jié)合較好。在此基礎(chǔ)上,對共混物的流變、力學(xué)和耐熱性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明,PSF的引入顯著改善了PPESK的熔融加工性能,共混物在PSF含量較低時呈
4、現(xiàn)典型的假塑性流體特征;隨著PSF含量的增加,熔體流動粘度降低,熔體更傾向于牛頓流體;在PSF含量超過20 wt%以后便可以順利擠出注塑成型。共混物耐熱性有所下降,PSF含量為40 wt%時,熱變形溫度為195℃,與PPESK相比下降近60℃;5%熱失重溫度為48l℃,與PPESK相比下降近10℃。共混物的力學(xué)強(qiáng)度在PSF含量低于40wt%時變化不大,拉伸強(qiáng)度達(dá)80 MPa,彎曲強(qiáng)度在117 MPa以上,PSF含量超過40 wt%,力學(xué)
5、強(qiáng)度下降明顯。 采用熔融擠出的方法制備了不同配比的PPESK和聚芳醚腈(PEN)共混物,系統(tǒng)研究了不同含量共混物的結(jié)構(gòu)與性能。對該共混體系的相容性進(jìn)行預(yù)測和表征,結(jié)果表明PPESK與PEN的溶解度參數(shù)相差較小(0.34(J/ml)1/2),預(yù)示二者有一定的相容性;相對于PPESK、PEN均聚物,共混物有兩個向中間靠攏的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,表明PPESK/PEN為部分相容體系。計算得到PPESK、PEN的粘附功為67.93 mN·m-
6、1,界面張力為0.12 mN·m-1,表明二者之間的界面粘結(jié)性能較好;在SEM微觀斷面形貌圖中發(fā)現(xiàn)共混物相界面較模糊,兩相之間結(jié)合較好。共混物的加工性及力學(xué)性能結(jié)果表明,加入少量PEN(20 wt%),共混物的熔體粘度仍然較大,擠出樣條內(nèi)部有明顯缺陷,導(dǎo)致力學(xué)性能較低,拉伸強(qiáng)度僅為72 MPa;在PEN含量達(dá)40wt%后,共混物的擠出工藝得到改善,共混物力學(xué)強(qiáng)度保持較高值,拉伸和彎曲強(qiáng)度分別為8l MPa和126 MPa;再增加PEN含
7、量,共混物的力學(xué)強(qiáng)度略有增大。熱失重分析表明,PEN的引入并沒有明顯降低PPESK的熱穩(wěn)定性,共混物的5%熱失重溫度均高于484℃。在改善PPESK樹脂熔融加工性的基礎(chǔ)上,添加聚四氟乙烯(PTFE)細(xì)粉,通過熔融共混改性的方法制備了可注塑加工的改性聚醚砜酮(m-PPESK)/PTFE耐磨自潤滑共混材料,考察了m-PPESK/PTFE的力學(xué)性能、耐熱性及摩擦磨損性能。結(jié)果表明,在PTFE含量低于1 5 wt%時,m-PPESK/PTFE復(fù)
8、合材料拉伸強(qiáng)度高于72 MPa,彎曲強(qiáng)度在1 05 MPa以上,其熱變形溫度與m-PPESK基體相當(dāng)。利用M-200型磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)對其在干摩擦條件下的摩擦磨損性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,結(jié)合SEM磨損表面形貌照片分析了復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)理。結(jié)果表明,PTFE的加入顯著降低了m-PPESK樹脂的摩擦系數(shù)和磨耗,PTFE含量為25 wt%時,摩擦系數(shù)降至0.14,磨損率下降為1.8×10-5 mm3(N-m)-1,但此時拉伸強(qiáng)度下降幅度較大,僅為4
9、9 MPa。m-PPESK/PTFE共混材料的磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為:較低PTFE含量時和摩擦初期以磨粒磨損為主,較高PTFE含量時和摩擦后期以粘著磨損為主。 采用熔融擠出填充改性的方法制備了可注塑加工的m-PPESK/石墨(Graphite)自潤滑復(fù)合材料。力學(xué)測試結(jié)果表明,隨著石墨含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢,但在石墨含量低于20 wt%時,拉伸強(qiáng)度仍在65 MPa以上。復(fù)合材料的熱變形溫度隨著石墨含量的增加而略
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