聚四氟乙烯复合材料摩擦学及其导热性能的研究

摘要

本文借助苯酚的中间转换作用，仅使用对.羟基苯甲酸一种原料，以SO<,4><'2->/ZrO<,2>固体超强酸为催化剂，经过酯化反应合成对.羟基苯甲酸苯酯，再由对.羟基苯甲酸苯酯直接缩聚得到耐高温低磨耗的聚对.羟基苯甲酸苯酯(PHB)，通过对PHB产率影响因素的考察，得到最佳反应条件。在此基础上，研究了PHB对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料物理机械性能、在干摩擦条件下的摩擦磨损性能以及导热性能的影响。另外，当PHB含量为20wt％时，使用经表面处理的石墨和碳纤维对。PTFE/PHB复合材料进行改性，考察了石墨和碳纤维不同配比对PTFE/PHB/Gra/CF复合材料性能的影响，并对其机理和原因作了分析。 研究表明：使用SO<,4><'2->/ZrO<,2>固体超强酸作催化剂能够得到较高产率。当硫酸的浸泡浓度c(H<,2>SO<,4>)=1mol/L，固体超强酸催化剂的焙烧温度550℃，固体超强酸催化剂用量0.5g，缩聚温度340℃，催化剂循环使用次数不大于4次时，为最佳反应条件。 PHB的填入会降低PTFE/PHB复合材料的拉伸强度，弯曲强度呈先减后增的趋势，弯曲模量和硬度增加。使用经过表面处理的石墨和碳纤维对PTFE/PHB复合材料进行改性后，PTFE/PHB/Gra/CF复合材料拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及硬度均有所提高。 添加PHB能减少PTFE/PHB复合材料粘着磨损的发生，提高耐磨性能，但会增大摩擦系数，延长摩擦过程磨合期。当填入20wt％石墨10wt％碳纤维后，PTFE/PHB/Gra/CF复合材料摩擦学性能提高。另外，材料摩擦系数随着对磨面粗糙度增加、载荷的增大而下降；随着滑动速度的增加而增大。磨损体积随着粗糙度、载荷和滑动速率的增大而增大。 材料导热性能对温度有依赖性：随着温度的升高(50℃～300℃)，PTFE/PHB复合材料导热系数增大，但其增长趋势减弱。在50℃情况下，随着石墨含量的增加和碳纤维含量的减少，PTFE/PHB/Gra/CF复合材料导热系数不断增大。当石墨含量为20wt％碳纤维含量为10wt％时，材料导热系数为1.3939W/m·K。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2聚合物摩擦学

1.2.1聚合物摩擦学的定义

1.2.2聚合物及其复合材料的摩擦学特性

1.2.3聚合物的摩擦分类

1.2.4聚合物的磨损分类

1.3导热高分子材料

1.3.1导热高分子复合材料的发展概况

1.3.2导热性能的测试方法

1.3.3高分子材料的导热机理

1.3.4提高聚合物导热性能的途径

1.3.5聚合物基导热复合材料的应用

1.4自润滑聚合物PTFE

1.4.1 PTFE的分子结构

1.4.2 PTFE的特性

1.4.3 PTFE的应用

1.5自润滑聚合物PHB

1.5.1 PHB的分子结构

1.5.2 PHB的主要性能

1.5.3 PHB的应用

1.6自润滑填料的性能及应用

1.6.1石墨

1.6.2碳纤维

1.7论文选题的依据、研究内容、特色及创新之处

第二章固体超强酸SO42-/ZrO2催化合成PHB

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1主要原材料

2.2.2主要仪器设备

2.2.3 PHB合成方法

2.2.4性能测试与表征

2.3结果与讨论

2.3.1固体超强酸的酸强度测定

2.3.2 PHB的表征

2.3.3反应条件对产率的影响

2.4本章小结

第三章PTFE/PHB复合材料的结构与性能

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1主要原材料

3.2.2主要仪器设备

3.2.3 PTFE复合材料的制备

3.2.4性能测试与表征

3.3结果与讨论

3.3.1 PTFE/PHB复合材料物理机械性能

3.3.2 PTFE/PHB复合材料摩擦学性能

3.3.3 PTFE/PHB复合材料的导热性能

3.4本章小结

第四章PTFE/PHB/Gra/CF复合材料的结构与性能

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1主要原材料

4.2.2主要仪器设备

4.2.3 PTFE复合材料的制备

4.2.4性能测试与表征

4.3结果与讨论

4.3.1 PTFE/PHB/Gra/CF复合材料的物理机械性能

4.3.2 PTFE/PHB/Gra/CF复合材料的摩擦学性能

4.3.3摩擦速率和载荷对复合填充PTFE摩擦磨损性能的影响

4.3.4 PTFE/PHB/Gra/CF复合材料导热性能

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位内容相关的学术论文

致谢

评定意见