介孔材料原位增强酚醛树脂基摩擦材料的制备及性能研究

摘要

酚醛树脂(PR)具有较高的力学强度、良好的耐热性和尺寸稳定性,原材料便宜且易加工等特点,是聚合物基摩擦材料最常用的基体树脂。在摩擦材料制动时,因摩擦生热使摩擦材料表面急剧升温,在高温环境下,摩擦材料保持较稳定的摩擦系数和较低的磨损率,是人们对其安全性和使用寿命所提出的要求,基体树脂是摩擦材料中对热最敏感的组分,因此提高基体树脂的热稳定性是研制高性能摩擦材料的关键之一。
　　本文优化了线性酚醛树脂(NPR)的合成工艺,合成了不同结构和孔径的介孔材料,通过原位聚合制备介孔SiO2/线性酚醛树脂复合材料,以其为基体制备摩擦复合材料,并表征其性能,主要研究工作如下:
　　1、采用L16(45)正交试验设计对线性酚醛树脂的合成工艺进行研究,通过改变反应温度合成一系列分子量不同的线性酚醛树脂,以其为基体树脂制备复合材料,研究 NPR的分子量与其复合材料性能间的关系,确定NPR的合成工艺为:酚醛摩尔比1:0.9,催化剂用量2.0％,反应时间4h,反应温度85℃。
　　2、通过溶胶-凝胶法,分别以非离子型表面活性剂P123和F127为模板剂,以正丁醇为共溶剂,1,3,5-三甲苯为扩孔剂,以正硅酸乙酯(TEOS)为无机硅源,控制反应温度、反应介质的酸性及反应途径,合成了一系列有序硅基介孔材料(MS),并通过XRD、氮气吸附仪、SEM、TEM和TGA对其结构进行表征。分析结果表明,这些介孔材料具有典型的二维六方和三维立方介孔结构特征,孔径为3.70~20.3nm,孔容为0.57～2.34cm3/g,比表面积为605~751m2/g,这种独特的结构特征,有利于改善与树脂基体的界面相容性。
　　3、通过原位聚合制备介孔 SiO2/NPR杂化复合材料,并分析了复合材料的结构及性能。利用FT-IR、TGA、氮气吸附仪、SEM和TEM等表征手段研究了介孔 SiO2/NPR杂化材料的结构,并通过DSC和TGA分析介孔SiO2/NPR复合材料的热性能。结果表明,NPR分子链嵌入介孔材料孔道内,并发生键接作用,介孔材料添加对复合材料玻璃化转变温度有一定提高,且可有效改善复合材料的热稳定性。
　　4、利用定速摩擦试验机,研究介孔材料对增强复合材料摩擦性能的影响。研究表明,添加介孔材料可提高复合材料摩擦系数的稳定性、降低磨损率;不同处理方式介孔材料中,球磨处理SBA-15增强复合材料的摩擦性能提高较明显;不同结构介孔材料中,KIT-6增强复合材料的摩擦性能较好;5%介孔材料用量增强复合材料的摩擦系数较稳定,磨损率较低。对复合材料摩擦机理分析认为,PR分子链与介孔材料内外表面发生键接作用,部分分子链或链段嵌入介孔材料孔道内,形成“有机-无机互穿网络结构”,提高了复合材料的热稳定性;在摩擦过程中,由于PR分子链与介孔材料内外缠结,使介孔材料较难从基体树脂中剥离,降低了磨损量,提高了复合材料的高温摩擦性能。
　　5、对复合材料的力学性能和动态力学性能进行研究,结果表明,介孔材料添加对复合材料的冲击强度影响不明显,对复合材料的弯曲性能有较显著的影响,其中球磨处理和偶联处理有利于复合材料弯曲性能提高,与纯PR基复合材料比较,球磨SBA-15增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别提高了15%和10%,适宜的介孔材料孔径和用量,有助于复合材料弯曲性能提高;动态力学分析显示,介孔材料的孔径和用量对复合材料的初始储能模量影响较大,与纯PR基复合材料相比较,介孔材料增强复合材料的高温储能模量较稳定,复合材料的损耗峰向高温偏移,复合材料Tg提高近20℃。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2酚醛树脂

1.3介孔材料

1.4 本课题的选题意义及主要研究内容

第二章 线性酚醛树脂的制备工艺研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章结论

第三章 介孔材料的制备、表面修饰及表征

3.1 引 言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第四章 介孔SiO2/线性酚醛树脂杂化材料的制备与表征

4.1 引言

4.2 介孔SiO2/NPR复合材料的制备

4.3 介孔SiO2/NPR杂化材料的结构与性质

4.4 介孔SiO2/NPR复合材料热性能研究

4.5 本章结论

第五章 介孔SiO2/酚醛树脂基摩擦材料的制备及摩擦性能研究

5.1 引言

5.2 介孔SiO2增强酚醛树脂基摩擦材料的制备

5.3酚醛树脂基摩擦材料的摩擦性能

5.4 介孔材料增强酚醛树脂的机理研究

5.5 本章结论

第六章 介孔SiO2/酚醛树脂基摩擦材料的力学性能和动态力学性能

6.1 引言

6.2 介孔SiO2/PR摩擦材料的力学性能

6. 3 介孔SiO2/酚醛树脂基摩擦材料的动态力学性能

6.4 本章结论

第七章 全文总结

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文和申请的专利