聚乙烯醇基耐磨材料的制備及其性能研究

發(fā)布時間：2020-11-15 01:49

　　本文通過熔融共混和溶液流延法分別制備了聚乙烯醇(PVA)基耐磨材料,通過填充不同耐磨填料改善了聚乙烯醇基體的耐磨性能。論文分別研究了硅烷偶聯(lián)劑、碳化硅、OAP-POSS、PVA-g-POSS的加入對PVA基復(fù)合耐磨材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。硅烷偶聯(lián)劑對PVA/SiC復(fù)合材料性能的研究結(jié)果表明,偶聯(lián)劑加入有效得提高了聚乙烯醇和碳化硅的界面結(jié)合力,耐磨性能有顯著地提升。偶聯(lián)劑濃度在3%左右的時,對PVA/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能和耐磨性能提升的相對效果最好。碳化硅的含量和粒徑研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在一定偶聯(lián)劑濃度下,隨著碳化硅粒子的增加,材料的剛性增加,PVA/SiC復(fù)合材料的沖擊強度、拉伸強度以及斷裂伸長率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,其彎曲強度和彎曲模量則表現(xiàn)為先降低后增高;隨著碳化硅含量的加入,耐磨性能進一步的提升;與微米級碳化硅粒子相比,納米級碳化硅粒子在較高含量的情況下,對PVA/SiC復(fù)合材料的耐磨性能提升的更顯著。為了提高填料與聚乙烯醇基體之間的界面結(jié)合力,選取了納米八氨基籠型倍半硅氧烷(POSS),通過熔融共混的方法來對聚乙烯醇基體進行填充改性。研究結(jié)果表明,OAP-POSS與PVA分子間形成了氫鍵;隨OAP-POSS含量的增加,PVA/OAP-POSS復(fù)合耐磨材料的拉伸強度、斷裂伸長率及彎曲強度均有所提高,其耐磨性能也明顯地提高。為了進一步增強耐磨填料與基體間的相互作用力,本研究通過溶液流延法將八氯丙基籠型倍半硅氧烷(POSS)通過化學(xué)反應(yīng)接枝到PVA分子鏈上,制備PVA與POSS間通過化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)的PVA-g-POSS耐磨材料。研究表明,八氯丙基籠型倍半硅氧烷成功接枝到了PVA分子鏈的羥基上形成了PVA-g-POSS,;隨著八氯丙基POSS的增加,PVA-g-POSS納米復(fù)合耐磨材料的拉伸模量、斷裂韌性和拉伸模量均有明顯提高。Holm-Archard模型對PVA基耐磨復(fù)合材料的磨損系數(shù)進行研究,對不同填料體系PVA基耐磨材料的耐磨性能研究表明,SiC加入以磨粒磨損為主,POSS加入后以粘著磨損為主。
【學(xué)位單位】：北京工商大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB39
【部分圖文】：

加工流程圖,加工流程圖,耐磨材料

Taber 耐磨測試儀 505 美國 Taber 公司2.2.3 實驗步驟2.2.3.1 硅烷偶聯(lián)劑改性碳化硅將干燥的 100gSiC 粉末分別與不同質(zhì)量分數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液（硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分數(shù)分別為 1%、1.5%、2%、3%、4%）放入三口燒瓶中攪拌混合。用乙酸調(diào)節(jié) pH 值至 4-5 左右。先超聲分散 30 分鐘，再水浴加熱 80oC，攪拌混合 2 小時，轉(zhuǎn)速為 300 r/min。后經(jīng)抽濾，真空干燥，研磨后取得最終改性碳化硅粉末。2.2.3.2 PVA/SiC 耐磨材料的制備在試驗之前先將原料放入溫度為 80oC 的烘箱內(nèi)處理 0.5 h 除去水分。將烘干后的PVA 與 40 份(phr)甘油經(jīng)高速混合機混合進行預(yù)增塑處理，將預(yù)增塑所得的 PVA 粉料與不同偶聯(lián)劑濃度處理后的碳化硅粉末 40 份，在 185oC 下經(jīng)轉(zhuǎn)矩流變儀熔融塑化4min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 50 rpm.。所得材料在 220oC、10t 壓力下，壓片 10min 制備 PVA /SiC耐磨材料,所得對應(yīng) PVA /SiC 樣品分別命名為 K0，K1，K1.5，K2，K3，K4。具體技術(shù)路線如圖 2.1 所示：

粒徑分布,碳化硅粒子,粒徑分布,表面改性

圖 2.1 原始碳化硅粒子 SEM（A）和粒徑分布圖（a）和表面改性碳化硅粒子 SEM（B）和分布圖（b）2.4.1.2 紅外表征圖 2.2 示出了原始碳化硅粒子和表面包覆碳化硅粒子的紅外譜圖，由圖可知640 cm-1處為 C-Si 鍵的伸縮振動峰。經(jīng)過表面改性以后，在 1600 cm-1和 3340處，分別出現(xiàn)了兩個新的振動峰，分別對應(yīng)-NH2的彎曲振動和硅羥基的伸縮振證明偶聯(lián)劑 KH550 在酸性條件下水解成的硅烷成功包覆在碳化硅表面上。如圖所示 KH550 經(jīng)水解生成硅羥基，包覆在碳化硅粒子表面，導(dǎo)致碳化硅粒子表面新的硅羥基振動峰和 KH550 結(jié)構(gòu)中原有的氨基振動峰，且這些基團的振動峰強著偶聯(lián)劑濃度的增加而增強。由此可知，碳化硅粒子表面被成功包覆了一層硅烷

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