新型nanogbmi减摩复合材料的制备、结构及性能研究-preparation, structure and properties of a new nano bmi antifriction composite material.docx

摘 要 新型树脂基减摩复合材料因其具有许多优良特性，在机械工程中作为各种减摩、耐 磨零件的金属材料的替代或换代产品，获得越来越多的应用。目前，传统的减摩复合材 料主要是以石墨微粉或与二硫化钼协同为润滑剂，以耐高温的树脂为基体制备的减摩复 合材料，研究表明只有石墨微粉加入量在20%以上，才能制得较为满意的减摩性能的减摩 复合材料，但这却导致减摩复合材料的力学性能下降。本文首次提出利用高、低温膨胀 不同粒度的可膨胀石墨制备的纳米石墨薄片（NanoG）为润滑剂，以耐高温的双马来酰亚 胺树脂（BMI）为基体，制备新型耐热纳米减摩复合材料。试验表明，以纳米石墨薄片为 润滑剂，在纳米石墨薄片添加量为3%-5%时制备的纳米减摩复合材料，其减摩性能与20% 石墨微粉最佳添加量制备的减摩复合材料的减摩性能相当，而其力学性能则大大优于以 20%石墨微粉制备的减摩复合材料的力学性能，并且大部分力学性能指标还超出了纯BMI 树脂材料的性能指标。 本文提出“搅拌+超声波”强化粉碎制备纳米石墨薄片的新方法，并利用十六烷基 三甲基溴化铵和硬脂酸对纳米石墨薄片进行修饰，从而提高纳米石墨薄片在减摩复合材 料中的分散性和减少纳米石墨薄片（NanoG）的团聚。试验表明，尽管修饰剂的修饰效 果不是十分理想，但经修饰的纳米石墨薄片制备的纳米减摩复合材料的减摩性能优于不 经修饰制备的减摩复合材料的减摩性能。 利用现代分析测试手段，对纳米石墨薄片和在纳米减摩复合材料中纳米石墨薄片的 层间结构以及减摩复合材料的磨损与减摩机理及固化反应动力学等进行分析与表征，并 对该纳米减摩复合材料的耐热性能和力学性能进行了研究。结果表明纳米石墨薄片制备 时，可膨胀石墨的粒度愈大，制备的减摩复合材料的减摩性能愈好；高温膨胀制备的纳 米石墨薄片的润滑性能不如低温膨胀的润滑性能；纳米石墨薄片由多层碳-碳六方平面 “亚结构单元”构成网状和多孔结构；纳米减摩复合材料固化动力学模型为 ?9753.43Ea=83.3KJ/mol、A=2.9×107、n=0.93、速率方程为 ?14.（3 1?α）0.07 +14.3 = 2.9×107 eT t ；纳米减摩复合材料的磨损和减摩机理除了有少量“化学磨损”和“气润滑”外，基本与 传统的减摩复合材料相同。另外，NanoG/BMI纳米减摩复合材料仍具有较高的耐热性能 和优良的力学性能。该复合材料力学性能的提高主要是由于BMI树脂插入到纳米石墨薄 片的网状孔隙结构中，从而提高了BMI在复合材料中的连续性。 关键词: 纳米石墨薄片,纳米减摩复合材料,双马来酰亚胺,耐热,减摩性能 AbstractBecause of their excellent characteristics, the novel resin-matrix antifriction composites have gotten much wider application as diversified antifriction accessories instead of the metal material or substitutes in the mechanical engineering. At present, conventional antifriction composites that are prepared with graphite tiny powder or cooperated with MoS2 for solid lubricants and resistant heat- resin have promising antifriction performance, only when the lubricant’s content is as high as 20%wt or even higher. However, this high percentage of lubricant results in the decline in the mechanical performance of antifriction composites. This paper firstly puts forward the preparation method of novel antifriction nano-composites with graphite nano-sheets (NanoG) as lubricant, heat-resistant bismaleimide (BMI )for composite’s matrix. The experimental results showed that the antifriction nano-