利用微型雙螺桿擠出機熔融共混注射成型碳納米管/聚丙烯復合材料。通過刻蝕沖擊斷面來觀察碳納米管在聚丙烯基體中的分散狀態(tài)。用摩擦磨損試驗機研究了碳納米管/聚丙烯復合材料在干摩擦、水潤滑工況下的摩擦行為;利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）觀察了磨損形貌;利用光學表面形貌掃描儀測試摩擦表面微觀形貌參數(shù)。結果表明,通過熔融共混的方法,可以使碳納米管較好地分散在聚丙烯基體中。在本實驗范圍內,加入碳納米管后的復合材料比純聚丙烯有更低的摩擦因數(shù),在載荷為50 N,碳納米管加入量為1.4%的復合材料的摩擦因數(shù)為0.473 3,比純聚丙烯降低了17%。復合材料在干摩擦工況下的摩擦因數(shù)較高,而在水潤滑工況下的磨損率較高,碳納米管加入量為1.8%的復合材料在50 N水潤滑工況下的摩擦因數(shù)為0.251 1,比干摩擦工況降低了85.2%,而磨損率增加了188.5%。添加碳納米管的聚丙烯復合材料在干摩擦工況下具有更好的減摩性。 

【文章來源】：塑料工業(yè). 2016,44(01)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

實驗用碳納米管的掃描電鏡圖

磨損率(ω)用以下公式計算［17］:ω=ΔV/(π·2r·Ｒ·F)(2)ΔV=14bh/3(3)h=r－(r2－b2/4)0.5(4)式中，ΔV－試樣的磨損體積，mm3;b－磨痕寬度，mm;r－對偶環(huán)半徑，mm;Ｒ－對偶環(huán)實轉圈數(shù);F－摩擦力，N。利用白光共焦三維輪廓儀(法國STIL公司)掃描摩擦試樣表面，對摩擦表面微觀形貌進行測試。試樣表面真空噴鉑后用HITACHISU-8010高分辨率場發(fā)射掃描電鏡(株式會社日立制作所)對磨損表面進行形貌觀察。2結果與討論2.1復合材料的缺口沖擊性能及碳納米管的分散狀態(tài)復合材料的缺口沖擊強度如圖2所示。由圖2可知，復合材料的缺口沖擊強度在CNT含量為1.0%時達到了最大值11kJ/m2，比純PP的缺口沖擊強度提高了30.5%。隨著復合材料中CNT含量的增加，其缺口沖擊強度呈現(xiàn)出降低的趨勢，但仍高于純PP的缺口沖擊強度。圖2缺口沖擊強度隨碳納米管含量的變化Fig2ThevariationofthenotchedimpactstrengthwithCNTscontent圖3所示為經(jīng)過H2SO4/H3PO4/KMnO4混合液刻蝕1h后的沖擊斷面圖。其中，亮白色為CNT(圖中箭頭所示)，深色為PP基體。從圖3中可以看出，通過熔融共混的方法，CNT在PP基體中能夠得到良好地分散。a－0.2%CNT/PPb－1.0%CNT/PP圖3沖擊斷面刻蝕后的碳納米管分散狀態(tài)Fig3ThedispersionstateofCNTsontheetchedimpactfracturesurface2.2干摩擦工況下CNT/PP復合材料的摩擦行為試驗所得摩擦因數(shù)見圖4所示。從圖4中可以得出，當CNT加入量不變時，隨著載荷的增加，復合材料試樣的平均摩擦因數(shù)呈現(xiàn)出明顯減小的趨勢。當CNT含量為1.8%時，在130N載荷作用下的平均摩擦因數(shù)為0.1979，比10N時降低了75.03%。這是由于摩擦總是發(fā)生在一部分接觸峰點上，接觸點數(shù)目和各接觸點尺寸將隨著

真空噴鉑后用HITACHISU-8010高分辨率場發(fā)射掃描電鏡(株式會社日立制作所)對磨損表面進行形貌觀察。2結果與討論2.1復合材料的缺口沖擊性能及碳納米管的分散狀態(tài)復合材料的缺口沖擊強度如圖2所示。由圖2可知，復合材料的缺口沖擊強度在CNT含量為1.0%時達到了最大值11kJ/m2，比純PP的缺口沖擊強度提高了30.5%。隨著復合材料中CNT含量的增加，其缺口沖擊強度呈現(xiàn)出降低的趨勢，但仍高于純PP的缺口沖擊強度。圖2缺口沖擊強度隨碳納米管含量的變化Fig2ThevariationofthenotchedimpactstrengthwithCNTscontent圖3所示為經(jīng)過H2SO4/H3PO4/KMnO4混合液刻蝕1h后的沖擊斷面圖。其中，亮白色為CNT(圖中箭頭所示)，深色為PP基體。從圖3中可以看出，通過熔融共混的方法，CNT在PP基體中能夠得到良好地分散。a－0.2%CNT/PPb－1.0%CNT/PP圖3沖擊斷面刻蝕后的碳納米管分散狀態(tài)Fig3ThedispersionstateofCNTsontheetchedimpactfracturesurface2.2干摩擦工況下CNT/PP復合材料的摩擦行為試驗所得摩擦因數(shù)見圖4所示。從圖4中可以得出，當CNT加入量不變時，隨著載荷的增加，復合材料試樣的平均摩擦因數(shù)呈現(xiàn)出明顯減小的趨勢。當CNT含量為1.8%時，在130N載荷作用下的平均摩擦因數(shù)為0.1979，比10N時降低了75.03%。這是由于摩擦總是發(fā)生在一部分接觸峰點上，接觸點數(shù)目和各接觸點尺寸將隨著載荷的增大而增加。在一般情況下，摩擦表面接觸為彈塑性接觸狀態(tài)，由于實際接觸面積與載荷的非線性關系，即Ar=KP1～2/3(式中，Ar－實際接觸面積;P－載荷;K－常數(shù))，使得摩擦因數(shù)隨著載荷的增加而降低。圖4干摩擦工況下的摩擦因數(shù)隨CNT加入量變化的關系圖Fig4TherelationshipbetweentheCNTscontentandthefrictionc

【參考文獻】：
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本文編號：3273236