碳纳米管/环氧树脂复合材料摩擦磨损性能研究

摘要

环氧树脂作为高分子材料一个重要的分支，具有低的收缩率、优异的耐化学腐蚀性能、热稳定性能和力学性能。它作为一种结构材料在电气、机械及汽车等领域具有广泛的应用。但是，环氧树脂在固化的过程中三维交联的网状结构使其质脆、表现出较差的耐磨性，因而又限制了其广泛应用。碳纳米管具有优异的力学性能和良好的自润滑性能。因此，通过碳纳米管填充和表面化学复合镀技术改善环氧树脂的摩擦磨损性能的研究具有重要的意义。
　　 首先，本文采用混酸处理、酰氯化、酰胺化等一系列反应得到羧基化的碳纳米管和胺基化的碳纳米管。使用Raman、FT-IR、XPS对功能化前后的多壁碳纳米管进行表征，并对改性前后的碳纳米管在水中的分散性及分散稳定性进行了研究。结果表明:成功地将含氧基团和三乙烯四胺接枝到碳纳米管表面，改性后的碳纳米管在分散性明显得到改善，并且其分散稳定性很好。
　　 其次，采用熔融共混法制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料，考察了不同类型的碳纳米管以及碳纳米管的含量对环氧树脂复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。同时考察了滑动速度和载荷对碳纳米管/环氧树脂复合材料摩擦磨损性能的影响。并用扫描电子显微镜观察了复合材料拉伸断面的形貌及摩擦磨损面的形貌。结果表明:碳纳米管的加入改善了环氧树脂复合材料的力学性能，提高了复合材料的耐磨性，并且胺基化碳纳米管的增强效果最显著。SEM结果显示:功能化的碳纳米管在环氧树脂基体中的分散性得到明显的改善，纯的环氧树脂的磨损机制为粘着磨损，而胺基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的磨损机制为磨粒磨损。
　　 最后，通过表面化学复合镀技术在复合材料表面涂覆Ni-P-CNTs复合镀层，并研究了其摩擦磨损性能。研究发现:Ni-P-CNTs镀层进一步起到了减磨耐磨的效果。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的目的和意义

1．2 碳纳米管概述

1．2．1 碳纳米管的结构

1．2．2 碳纳米管的合成

1．2．3 碳纳米管的性能与应用

1．2．4 碳纳米管的功能化

1．3 碳纳米管／环氧树脂复合材料研究进展

1．3．1 环氧树脂概述

1．3．2 碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法

1．4 碳纳米管／环氧树脂复合材料性能的研究进展

1．4．1 碳纳米管／环氧树脂力学性能的研究进展

1．4．2 碳纳米管/环氧树脂电学性能的研究进展

1．4．3 碳纳米管／环氧树脂导热性能的研究进展

1．4．4 碳纳米管／环氧树脂摩擦磨损性能的研究进展

1．5 化学复合镀

1．5．1 化学镀Ni镀液的特征

1．5．2 化学复合镀镀层摩擦磨损性能的研究现状

1．6 本课题研究的主要内容

第二章 多壁碳纳米管的功能化及表征

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料与实验设备

2．1．2 功能化多壁碳纳米管的制备

2．1．3 功能化多壁碳纳米管的表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 多壁碳纳米管的拉曼光谱分析

2．2．2 多壁碳纳米管的傅里叶变换红外光谱分析

2．2．3 多壁碳纳米管的X射线光电子能谱分析

2．2．4 多壁碳纳米管的分散性分析

2．2．5 多壁碳纳米管的微观形貌分析

2．3 本章小结

第三章 碳纳米管／环氧树脂复合材料的制备及力学性能的研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料与实验设备

3．1．2 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料拉伸性能测试试样的制备

3．1．3 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料性能表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料拉伸性能分析

3．2．2 多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料拉伸断面分析

3．2．3 碳纳米管对环氧树脂固化行为的影响

3．2．4 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料动态力学分析

3．3 本章小结

第四章 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料摩擦磨损性能的研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料与实验设备

4．1．2 碳纳米管/环氧树脂复合材料摩擦磨损性能测试试样的制备

4．1．3 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料摩擦磨损性能的表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 碳纳米管含量对环氧树脂复合材料摩擦系数和磨损率的影响

4．2．2 不同载荷对环氧树脂复合材料摩擦系数和磨损率的影响

4．2．3 不同速度对环氧树脂复合材料摩擦系数和磨损率的影响

4．3 本章小结

第五章 表面化学复合镀改善碳纳米管／环氧树脂复合材料摩擦磨损性能的研究

5．1 实验部分

5．1．1 实验原料与实验设备

5．1．2 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料表面化学复合镀

5．1．3 性能测试及表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 粗化前后环氧树脂表面亲水性分析

5．2．2 表面化学复合镀对复合材料摩擦磨损性能的影响

5．2．3 镀层磨损后表面形貌的分析

5．3 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文情况

致谢