氧化石墨烯-微胶囊/聚合物复合材料的制备及摩擦学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wlszmf
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本论文采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)改性氧化石墨烯(GO)得到改性氧化石墨烯(MGO),以硬脂酸丁酯为芯材,MGO和苯乙烯单体的复合壁材,通过种子微悬浮聚合法(S eeded micro-suspension polymerization)制备了氧化石墨烯增强聚苯乙烯/硬脂酸丁酯微胶囊(MGO-MicroLMs),将MGO-MicroLMs分别与苯乙烯(St)和环氧树脂(E-51)掺杂,通过浇注成型制备了MGO-MicroLMs/PS微胶囊润滑复合材料和MGO-MicroLMs/EP微胶囊润滑复合材料。利用红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪、粒度分析仪、差示扫描热量仪(DS C)、热重分析仪(TG)和纳米压痕仪等表征了微胶囊的化学组成、微观结构、热稳定性和力学性能。采用微机控制电子万能试验拉伸机评价了微胶囊润滑复合材料的断裂行为,采用TG测试仪对复合材料的热稳定性进行测试,采用摩擦磨损试验仪评价了复合材料的摩擦学性能,以Mico-XAM非接触式三维表面轮廓仪表征了磨痕表面形貌并计算磨损率,采用SEM复合材料磨痕表面的微观形貌进行观察和分析,并分析了其磨损机理。研究表明,采用种子微悬浮聚合法制备的微胶囊粒为径分布均匀,形貌规整的球形结构,并随着MGO含量增加,微胶囊的平均粒径减小,分布变窄,密封性逐渐提高,当添加0.6wt%MGO时微胶囊渗透性降低了32.17%,微胶囊的硬度从5.83MPa增大到11.79MPa,同时热稳定性和亲水性也明显提高。MGO-MicroLMs在聚苯乙烯和环氧树脂基体材料中分散均匀,MGO-MicroLMs对聚苯乙烯基体材料具有增韧效果。在摩擦过程中,复合材料中的氧化石墨烯和微胶囊破裂释放的硬脂酸丁酯协同作用形成复杂的润滑膜,基体材料的摩擦系数小、磨损率低,具有润滑和减摩作用,分析认为MGO-MicroLMs对基体材料的润滑为介于固体润滑与液体润滑之间的边界润滑,磨损机理为磨粒磨损,当MGO-MicroLMs含量为20wt%时,聚苯乙烯复合材料的摩擦系数为0.157,磨损率减少了约17.4%,环氧树脂复合材料的摩擦系数为0.13844,磨损量减少了约42.3%。
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