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1、功能化石墨烯及其双马来酰亚胺自润滑复合材料性能研究双马来酰亚胺树脂（BMI）作为一种综合性能优异的热固性树脂广泛应用于聚合物复合材料中,但作为自润滑复合材料的树脂基体其本身存在脆性大、摩擦系数较大且耐磨性差等问题,因而限制了其在自润滑复合材料方面的广泛应用。石墨烯作为一种性能优异的二维片状材料,将其加入聚合物基体中能够提高复合材料的力学、热学、摩擦学等性能。目前,石墨烯/聚合物复合材料的性能主要受到石墨烯在聚合物基体中的分散性和石墨烯-聚合物界面结构的影响。同时,石墨烯独特的二维结构决定其在聚合物中的排列方式对其复合材料性能也影响甚大。基于以上问题,本文设计并合成了聚合物修饰的石墨烯、负载不同
2、形貌的Fe3O4/sub吆内米粒子的石墨烯以及聚磷月青-Fe3O4-石墨烯三元复合结构的磁性石墨烯,考察不同功能化的石墨烯以及排列方式对其BMI复合材料力学性能、硬度、摩擦学性能和热稳定性的影响,研究可能的磨损机理。主要研究内容如下:1.采用不同方法合成了三种端氨基功能化石墨烯一一超支化聚三嗪接枝的石墨烯（HBPT-RGO聚三嗪包覆的石墨烯（HBPTRGO超支化聚磷月青接枝的石墨烯（HBPC-RGO,对比考察了功能化石墨烯的结合方式、组成结构、形貌及其热稳定性。并分别将其加入BMI树脂中,通过浇铸法制备了还原的石墨烯（RGO）/BMI、HBPT-RGO/BMIHBPTRGO/BMIHBPC-R
3、GO/BML种复合材料。详细研究了聚合物与石墨烯的界面结合方式以及化学结构对复合材料力学和摩擦学性能的影响。研究表明,三种功能化石墨烯的加入均能有效提高BMI树脂基体的力学性能和减摩、抗磨性能。相比于HBPT-RG印用物理包覆聚三嗪修饰石墨烯的方法具有简单易操作、原料利用率高及接枝率高等特点。相比于HBPT-RGO/BMffiHBPC-RGO/BIft合材料,HBPTRGO/Bft合材料表现出更加优异的减摩性。同时，含有聚磷月青结构的HBPC-RGO/BMf比于其它两种复合材料具有更加优异的力学性能和抗磨性。其原因主要在于:（1）聚合物修饰的石墨烯表面大量的活性端氨基不仅能够使其均匀分散在树脂
4、基体中,而且能够与树脂基体反应从而提高二者的界面相互作用力;（2）聚三嗪包覆修饰石墨烯对石墨烯本征性能损伤较小,不仅能够有效改善其在树脂基体中的分散性而且能够提高其在摩擦过程中的迁移率;（3）HBPC-RGO含有更稳定的P、N交替六元环结构和更多的活性基团,因而其复合材料的结构更加稳定。2.采用化学共沉淀法将不同尺寸和形貌的Fe3O4/sub创米粒子沉积至ij石墨烯表面,制备出负载球状Fe3O4B石墨烯（GNS-npFe3O4和负载棒状Fe3O4B石墨烯（GNS-nrFe3O4,并研究其加入对BMI树脂复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。研究表明，与RGO/BM归合材料相比,GNS-npFe3
5、O4/BMI和GNS-nrFe3O4/BMI复合材料具有更好的减摩抗磨性能。同时,GNS-nrFe3O4/BMI复合材料相比于GNS-npFe3O4/BM（合材料具有更好的减摩性能，但其抗磨性稍差。这主要归因于石墨烯在BMI树脂基体极易叠加、聚集,难以在摩擦过程中形成有效的自润滑膜,而Fe3O4/sub吆内米粒子的弓I入防止了其片层的叠加，也起到填补修复的作用，GNS-Fe3O4合纳米粒子中石墨烯和Fe3O4/sub吆内米粒子形成了协同润滑效果，从而提高其复合材料的减摩抗磨性能。同时，相比于含有较小尺寸球状Fe3O4勺复合粒子GNS-npFe3O4/sub常有棒状Fe3O4的复合粒子GNS-n
6、rFe3O4/sub型易在摩擦过程中从树脂基体中析出。3 .采用沉淀共聚法将含有端氨基的聚磷月青包覆到GNS-Fe3O4/sub复合粒子中Fe3O4的表面，合成出两种形貌的三元复合纳米粒子GNS-npFe3O4PZMGNS-nrFe3O4PZM研究二者对BMI复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。研究表明，GNS-Fe3O4PZM/BMI复合材料相比于GNS-Fe3O4/BM复合材料具有更好的力学性能、摩擦学性能以及承载能力。这主要归因于GNS-Fe3O4PZM匕于GNS-Fe3O4/sub能够更好地分散在BMI树脂基体中并与BMI树脂基体形成良好的界面结构，提高其复合材料的应力吸收能力和抗磨损
7、能力。在摩擦过程中，GNS-Fe3O4PZM米粒子从BMI树脂基体中析出并在金属对磨环表面形成均匀的自润滑转移膜,防止复合材料与对磨环的直接接触，降低了复合材料的磨损。4 .采用磁场诱导的方法使负载球状Fe3O4勺磁性石墨烯（GNS-npFe3O4GNS-npFe3O4PZ：M向排列在BMI树脂中,制备出定向GNS-npFe3O4/BM卷口定向GNS-npFe3O4PZM/BM台材料,并首次研究磁性石墨烯在树脂中的排列方式及其界面结构对其复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。研究发现,磁场诱导的定向复合材料相比于非定向的复合材料具有更高的弯曲强度和更低的摩擦系数。这主要是归因于石墨烯具有独特的片层结构和各向异性,当其在聚合物中取向分布后,结构上的有序化使复合材料表现出的性能在不同方向上存在很大的差异。同时,在石蜡油润滑条件下,定向复合材料表现出极佳的抗磨性能,这主要是由于石蜡油本身具有极好的润滑性能且能够在摩擦过程中快速转移摩擦产生的热量。
功能化石墨烯及其双马来酰亚胺自润滑复合材料性能研究
