氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯协同改性铸型尼龙复合材料性能的研究

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铸型(MC)尼龙具有生产工艺简单,分子量大,性能优良,应用领域广等优点。然而与金属材料相比,普通MC尼龙却具有抗冲击性、耐磨性、自润滑性、热稳定性较差等缺点。本文针对以上缺点,采用氧化石墨烯(GO)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)对MC尼龙进行改性研究,以提高其在增韧、耐磨、耐热方面的应用范围。首先,本文通过环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)来改性GO,得到GO-GTMAC,利用阴离子原位聚合得到MC尼龙/GO-GTMAC复合材料。通过XRD、TGA、DMA、力学测试、摩擦性能测试等方法研究了复合材料的结构和相关性能,结果表明,在GO-GTMAC加入量为0.2 wt%时,其复合材料的热稳定性能、力学性能及摩擦学性能最佳。相较于纯MC尼龙,除了其弯曲强度稍有下降之外,其复合材料的冲击强度、拉伸强度和压缩强度均提高了8.9%、5.1%和22%,其摩擦系数也下降了24.2%,其玻璃化转变温度(T_g)提高了6.0℃。其次,本文又采用不同比例的GO与UHMWPE协同改性MC尼龙。但是,MC尼龙分子链和UHMWPE分子链在结构上存在明显差异,相容性极差。因此,我们使用马来酸酐(MAH)接枝UHMWPE,得到UHMWPE-g-MAH。将不同比例的UHMWPE-g-MAH与GO-GTMAC反应,制得GO-g-UHMWPE/UHMWPE,将其用来改性MC尼龙。采用SEM、CA和DMA分析等手段研究GO-g-UHMWPE对UHMWPE与MC尼龙基体的相容性。结果表明,GO-g-UHMWPE的加入,使得UHMWPE与MC尼龙基体的相容性提高。XRD结果表明,UHMWPE的长链缠结作用,对MC尼龙的结晶速率产生了阻碍作用,有不稳定的γ晶型生成。同时,UHMWPE的加入,使得GO/UHMWPE协同改性的MC尼龙复合材料的力学性能及摩擦磨损性能有更高程度的提高。当GO-g-UHMWPE/UHMWPE加入量为0.0615 wt%时(与纯MC尼龙相比),其复合材料的冲击强度提高了94.1%,摩擦系数下降到0.40(降低了39.4%),且磨损量和磨痕宽度随GO-g-UHMWPE/UHMWPE加入量的增加而逐渐下降。同时,GO和UHMWPE的共同加入,对挥发性降解物质的逃逸起到了阻隔作用,使其复合材料的热稳定性有显著性的提高。
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