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冠醚铜对UHMWPE改性及纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研究

作　者: 王湘
导　师: 王继勇
学　校: 武汉理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 冠醚过渡金属配合物 超高分子量聚乙烯 聚醚酮酮 纳米碳管 复合材料
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


本论文研究内容包括以下两个方面的工作: 一、冠醚铜对UHMWPE改性的研究 UHMWPE是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,但其熔融时粘度高,成型困难;作为摩擦材料时,摩擦系数低,耐磨性好,但耐热性差,导热率低,使用温度范围小。本课题通过冠醚铜对UHMWPE进行填充改性,考察它对UHMWPE熔体流动性、摩擦磨损性能的影响。主要结论如下: 1.制备了18-冠-6和15-冠-5两种冠醚与硝酸铜、氯化铜的配合物,用元素分析、红外光谱分析了配合物的结构,用DSC扫描仪考察了它们的热分解过程。18-冠-6配合物中过渡金属阳离子与硝酸根、配位水的氧原子结合,再通过配位水的氢原子,以氢键的形式束缚冠醚;15-冠-5的配合物具有与碱金属配合物相类似的结构,存在金属与冠醚的直接作用。15-冠-5与硝酸铜配合物的分解温度超过了UHMWPE的加工温度,决定用它对UHMWPE进行填充改性。 2.采用模压法研制了UHMWPE材料、冠醚铜改性的UHMWPE复合材料,用环-块摩擦磨损试验机、销盘摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验研究,结果表明:加入少量冠醚铜其摩擦系数略有降低,磨损量稍有增加,随着冠醚铜加入量的增加,摩擦系数基本保持不变,而磨损量却明显加大,说明冠醚铜抗摩减磨性能不十分理想。采用熔融指数仪测试其熔体流动性,发现加入少量冠醚铜可以明显降低UHMWPE的熔体粘度,改善流体的流动性能,有望解决UHMWPE难以加工的难题。 二、纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研究 聚醚酮酮是一种新型的热塑性耐热高分子材料,具有优异的机械力学性能、耐溶剂抗化学腐蚀性能、抗辐射和阻燃性等。纳米碳管具有独特的结构,优异的力学性能、热稳定性与导电性能,将纳米碳管与高分子材料进行复合,充分发挥各自的优点,以获得性能更加优异的纳米复合材料。本论文以纳米碳管为填料,通过原位聚合法制备了纳米碳管/聚醚酮酮复合材料,对其性能进行了研究。主要结论如下: 1.以对苯二甲酰氯、二苯醚为反应单体,1,2-二氯乙烷为溶剂、无水AlCl3/DMF为复合催化剂,采用低温溶液缩聚法合成聚醚酮酮。 2.考察原料配比、催化剂用量、反应时间等几种反应条件对合成聚醚酮酮分子量的影响,以得到了适宜的合成条件。合成聚醚酮酮的最佳实验条件为:单体摩尔比为1∶1,AlCl3/TPC摩尔比为3.8～4.2,DMF/TPC摩尔比为1.8～2.2,反应时间为20小时。 3.用红外光谱对聚醚酮酮结构进行表征,用热重分析仪、差示扫描量热仪

全文目录


第一部分 冠醚铜对UHMWPE改性的研究  9-36
  第1章 引言  9-20
    1．1 冠醚与过渡金属的配合物  9-12
      1．1．1 固体配合物的制备  9
      1．1．2 配位性能  9-12
    1．2 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)  12-19
      1．2．1 超高分子量聚乙烯的性能  13
      1．2．2 高聚物的磨损机理  13-15
      1．2．3 超高分子量聚乙烯的改性  15-19
    1．3 该部分的研究目的、意义及内容  19-20
  第2章 冠醚铜的制备和表征  20-29
    2．1 实验部分  20-21
      2．1．1 主要原料  20
      2．1．2 冠醚铜配合物的制备  20-21
      2．1．3 冠醚铜的表征  21
    2．2 结果与讨论  21-29
      2．2．1 元素分析  21
      2．2．2 红外光谱  21-25
      2．2．3 DSC热分析  25-29
  第3章 超高分子量聚乙烯/冠醚铜复合材料的研究  29-35
    3．1 成型方法的选择  29
    3．2 试样的制备  29-31
      3．2．1 试验原料  29-30
      3．2．2 试验设备  30
      3．2．3 成型工艺  30-31
    3．3 复合材料性能测试  31-32
      3．3．1 摩擦性能测试  31
      3．3．2 流动性能测试  31-32
    3．4 结果与讨论  32-35
      3．4．1 摩擦磨损试验结果与分析  32-34
      3．4．2 流动性能测试结果与分析  34-35
  第4章 结论  35-36
第二部分 纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研究  36-64
  第5章 引言  36-49
    5．1 纳米碳管  36-40
      5．1．1 纳米碳管的结构及种类  36-37
      5．1．2 纳米碳管的特性  37-38
      5．1．3 纳米碳管的修饰  38-39
      5．1．4 纳米碳管的应用  39-40
    5．2 纳米碳管/聚合物复合材料的研究进展  40-46
      5．2．1 纳米碳管的化学特性  41-42
      5．2．2 纳米碳管/聚合物复合材料的制备方法  42-43
      5．2．3 纳米碳管/聚合物复合材料的性质  43-45
      5．2．4 制备纳米碳管/聚合物复合材料中存在的问题  45-46
    5．3 聚醚酮酮  46-48
    5．4 该部分的研究目的、意义及内容  48-49
  第6章 聚醚酮酮的合成与表征  49-57
    6．1 实验原料  49
    6．2 聚醚酮酮的合成与提纯  49-50
    6．3 性能测试  50
      6．3．1 特性粘度  50
      6．3．2 红外光谱  50
      6．3．3 差示扫描量热分析  50
      6．3．4 热重分析  50
    6．4 结果与讨论  50-57
      6．4．1 聚合温度的影响与选择  50-51
      6．4．2 单体配比的影响  51
      6．4．3 催化剂(AlCl_3和DMF)用量的影响  51-53
      6．4．4 聚合时间的影响  53-54
      6．4．5 反应体系中微量水的影响  54
      6．4．6 聚醚酮酮的红外光谱分析  54-55
      6．4．7 聚醚酮酮的热分析  55-56
      6．4．8 聚醚酮酮的热重分析  56-57
  第7章 纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的研制  57-63
    7．1 实验原料  57
    7．2 纳米碳管/聚醚酮酮复合材料的制备  57
    7．3 性能测试  57-58
      7．3．1 红外光谱  57
      7．3．2 扫描电镜  57-58
      7．3．3 差示扫描量热分析  58
      7．3．4 热重分析  58
    7．4 结果与讨论  58-63
      7．4．1 红外光谱谱图  58
      7．4．2 复合材料的分散性能  58-60
      7．4．3 热性能  60-63
  第8章 结论  63-64
参考文献  64-71
附录攻读硕士期间发表的论文  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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