PDF《纳米二氧化硅的表面处理对纳米二氧化硅 改性氰酸酯树脂摩擦...》

40 ℃/500 mmHg 下抽真空

3 h,除去吸附的水分及小分子杂质 ,密封 收稿日期 :

2008 -

09 - 23;

修回日期 :

2008 -

12 - 08;

联系人 :张文根 , e - mail: wntczwg@163. com 基金项目 :陕西省自然科学基金项目 (2006B25) ;

渭南师范学院科研基金项目 (08YKF016). 作者简介 :张文根 (1959 - ) ,男 ,教授 ,主要从事氰酸酯基纳米复合材料改性研究. 备用. 在80 ℃ 下将预处理过的氰酸酯加热熔融 ,定量 加入经偶联剂表面处理 (或未处理 )的nano - SiO2 ,在 不断搅拌下升温至

100 ℃,并在此温度下用均质机继 续搅拌

30 s,倒入预热好的模具中 ,放入恒温真空干 燥箱中 ,保持温度 (100 ± 1) ℃,抽真空至无气泡放 出 ,按照工艺

120 ℃/1 h +140 ℃/1 h +160 ℃/1 h +

200 ℃/2 h ( +

220 ℃/4 h)进行固化和后处理 ,按要 求切割成标准试样 ,分别制得 3种复合材料 : nano - SiO2 未经 表面处理的CE/nano - SiO2 ( 1) , 以及nano - SiO2 经 2种偶联剂 KH - 560和SEA - 171分别表面处理的CE/nano - SiO2 /KH -

560 (

2 ) 和CE /nano - SiO2 /SEA -

171 (3). 同法制取纯 CE试样 : Pure CE (0) ,作为参照. 1.

4 性能测试与表征 摩擦学性能测试 :按照 GB /T3960 - 83进行测 定. 偶件采用

45 # 钢 ,直径

40 mm. 试样尺寸

6 mm *

7 mm *

24 mm. 试样和偶件用

600 # 金相砂纸打磨 后 ,用丙酮棉球擦洗干净 ,吹干. 试验载荷

196 N,转速200 r/m in,摩擦时间

2 h. 通过测定摩擦力矩计算 摩擦系数 ,稳定摩擦系数取值为达到稳定磨损状态 后1h内的平均值. 通过测定摩擦耗损质量Δm ( g) 、 材料密度 ρ(g/cm

3 )和总滑动距离 L (m) ,用以下公 式计算磨损率 ω[mm

3 / (N・m) ]. ω = Δm ρ ・FN ・L SEM观察 :磨损面和对摩环表面分别喷金处理 并拍片 ,扫描加速电压分别为

15 kV 和20 kV.

2 结果与讨论 2.

1 Nano - Si O2 及其表面处理对复合材料磨损率 的影响 图 1为纯 CE及其 (1) 、 (2)、(3) 3种复合材料 的磨损率与 nano - SiO2 含量变化的测试曲线. 随着 nano - SiO2 含量的增加 ,复合材料的磨损率呈现凹 峰形变化 ,当nano - SiO2 的质量分数为 3. 00%时,3种复合材料的磨损率均达到最低值. 从测试数据 来看 ,纯CE的磨损率为 4.

75 *

10 -

6 mm

3 / (N・m) , 3. 00% nano - Si O2时,(1)体系的磨损率为 2.

32 *

10 -

6 mm

3 / (N ・m ) ,比纯 CE降低 51. 16%;

(2)体 系的磨损率为 1.

16 *

10 -

6 mm

3 / (N ・m ) ,比纯 CE 降低 75. 58%;

(3)体系的磨损率更小 ,只有 1.

09 *

10 -

6 mm

3 / (N ・m) ,相对纯 CE降低了 77. 05%. 由 此可见 ,适量 nano - SiO2 可极大提高 CE的耐磨性 , 其改性效果最佳点为 3. 00% nano - Si O2 ;

而且不管 是小分子还是大分子偶联剂表面处理 nano - SiO2 后均可进一步降低 CE磨损率 ,两种偶联剂相比 , SEA - 171的改性效果更好. Fig .

1 Influence of content of nano - SiO2 on wear rate of composites 图1Nano - Si O2 含量对复合材料磨损率的影响 在聚合物基纳米复合材料中 ,填料发挥抗磨作 用的前提是在摩擦过程中填料能够以适当的比例出 现于摩擦接触面上. Nano - SiO2 作为一种刚性粒 子 ,随着其含量的增加 ,在摩擦接触面上参与应力承 载的粒子数也随之增加 ,因此其复合材料的磨损率 也随 之减小. 但是,当nano - SiO2 的含量超过3100%后,由于nano - Si O2 分散性受到一定影响[12 ] ,其磨损率反而会随之增加. 图 2为纯 CE及含 3. 00% nano - Si O2 时复合材 料磨损面的 SEM图片. 由图 2可见 ,纯CE在摩擦过 程中由于产生摩擦热而部分软化 ,发生了塑性变形 , 表现为较强的疲劳磨损. 与之相比较 , (1)体系的磨 损面只有轻度的塑性形变 ,主要特征为磨粒磨损和 黏着磨损 ,说明磨损面上的 nano - SiO2 有效地参与 了应力承载 ,因此 nano - SiO2 粒子的填充能够极大 地提高 CE的耐磨性 ;