磺化石墨烯与纳米氧化铝改性聚甲醛复合材料的导热及摩擦学性能研究

摘要

目的探究纳米氧化铝(αAl_2O_3)和磺化石墨烯(S-GNS)对聚甲醛(POM)复合材料导热性能和摩擦学性能的影响,分析两种填料的协同改性机理。方法以S-GNS、αAl_2O_3和POM为原料,通过静电自组装法制备S-GNS-αAl_2O_3复合体,采用模压成型法制备S-GNS-αAl_2O_3/POM复合材料。采用X射线衍射仪、红外光谱仪及扫描电子显微镜对S-GNS和S-GNS-αAl_2O_3复合体进行表征,并采用导热系数测试仪和摩擦磨损试验机对复合材料的导热系数、摩擦系数和磨损量进行测试。利用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌。结果αAl_2O_3和S-GNS协同改性能够有效改善POM的导热性能,当S-GNS-αAl_2O_3复合体含量为7%(质量分数,下同)时,S-GNS-αAl_2O_3/POM复合材料导热系数为0.2524 W/(m·K),比纯POM提高了25.3%,S-GNS起到传递热量和提高αAl_2O_3与POM界面相容性的作用。S-GNS的加入,提高了S-GNS-αAl_2O_3/POM复合材料的热稳定性,有效地减少了αAl_2O_3磨粒对基体的损伤;αAl_2O_3的加入则分担了载荷,提高了复合材料的耐磨性。随着S-GNS-αAl_2O_3复合体含量的增加,S-GNS-αAl_2O_3/POM复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损量也呈降低趋势,且磨损表面光滑,磨损机理为磨粒磨损和轻微的犁沟切削。结论S-GNS和αAl_2O_3在POM中能发挥协同作用,有效提高了POM复合材料的导热性能和摩擦学性能。