纳米二氧化硅的表面处理对纳米二氧_省略_硅改性氰酸酯树脂摩擦学性能的影响_张文根
纳米二氧化硅的表面改性研究
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圈 １ 纳 米 二 氧 化硅 的表 面 特 征
２ 结 果 与 讨 论
２ １ 不 同剂量改 性剂对 纳米二 氧化硅 的改性效 果（ ． 图
ｗａｅ ｕ ｐ ｎ ｉｎ （ｌｃｒｃｓｉｒｎ ） ｔｒｓｓ ｅ ｓｏ ｅｅ ｔｉ ｔ ｉ ｇ ｒ
响 口］ 橡胶 工业 ，０ ９ ５ （ ）２ —２ ． ２０ ，６ １ ：９３ ．
［ ］ Ｔｅｆ ， ｄｚｊ ４ ｏｉＪ Ａｎ ｒｅ Ｋ．Ｉｆｕｎｅｏ ｉ ｎ ｏ ｐｉｇａ ｅ ｔ ｏ ｕ ｆｃ ｌ ｎｌｅｃ ｆ ｌ ｅｃｕ ｌ ｇｎｓ ｎｓｒａｅ ｓａ ｎ
纳 米 二 氧 化 硅 的 表 面 改 性 研 究
阮 娟 ， 王 君 ， 明 程 学 院 ， 徽 淮 南 ２ ２ ０ ） 安 安 ３ ０ １
摘 要 ： 用 改性 剂 Ａ、 Ｃ分 别 对 纳 米 二氧 化 硅 表 面 进行 改性 ， 察 了改性 荆剂 量 和 搅拌 方式 对 改性 效 果 的 影 响 。 采 Ｂ、 考
接 触 面 积 增 大 ， 而 混 合 得 更 均 匀 ， 性 效 果 得 到 提 从 改 高。
究 Ｅ］ 非 金 属 矿 ，０ ８ ３ （ ） ３—９ Ｊ． ２ ０ ，１ ３ ：７３ ．
［ ］ 张红 艳 ，鹿 化 煜 ，赵 军 ， ．超 声 波 振 荡 对 细 颗 粒 黄 土 样 品 粒 度 ８ 等 测 量 影 响 的 实 验 分 析 ［］ Ｊ ．沉 积 学 报 ，２ ０ ，２ （ ） ９ — ０ ． ０ ８ ６ ３ ：４ ４５ ０
阮 娟 ：米 氧 硅 表 改 研 ／ｌ 第 期— — — — — — — — — — — — — — — — —｜ 等纳 二 化 的 面 性 究２１ ３ — — — — — — — — — — — — — — — — － ０年 ｜ ｌ 蜀
纳米二氧化硅的表面改性研究
１ １ 实验原料 及 仪器 ．
有亲水性 ， 因此容易 团聚、 聚合 物中不易分散 ， 在 为了避免此现象发生就需要在纳米二氧化硅粉体 形成之前设法降低颗粒表面能 。 Ｊ 本 文 采用 溶 胶 ． 胶 （ｏ．ｅ） 艺 ， 非极 性 凝 ｓ１ １工 ｇ 在 溶剂 中用 酯 化 反 应 生 成 的 水 使 正 硅 酸 乙酯 （ Ｅ Ｓ 水 解 制备 均 分散 ＳＯ ＴＯ ） ｉ 溶 胶 。在溶 胶 体 系 中加入 － 水 甘 油 醚 丙 基 三 甲 氧 基 硅 烷 （ Ｐ ． 缩 Ｇ Ｔ ＭＳ ， Ｐ Ｍ ） Ｇ Ｔ Ｓ分 子 中 甲 氧 基 水 解 所 产 生 羟 基 与 ＳＯ 胶粒表 面 的羟基反 应形 成 牢 固 的．ｉ －ｉ ， ｉ Ｓ． Ｓ． Ｏ 键 从 而 在 Ｓ 胶 粒 表 面 引 入 了 ｉ Ｏ Ｃ ２ Ｃ — Ｃ ２ Ｏ Ｃ ６基 团 ， Ｈ＿ Ｈ Ｈ一 — ３ Ｈ 结果使 ＳＯ 胶 ｉ２
氧化硅粉体 ， 其红外光谱如图 ３ ａ 所示。称取该 （） 粉体 ２ 放入 １０ Ｌ的锥形瓶 中， ｇ ０ｍ 加入 ００ ｍ ｌＬ ．５ ｏ ／ 的 ＮＯ ａ Ｈ溶 液 ８ｍＬ 密 封 搅 拌 ２ ｈ ０ ， ４ 。离 心分 离二 氧化硅颗粒后的溶液体 积为 ｃ毫升（ ０ Ｌ ， ￣８ｍ ）从 分离 的 Ｃ 毫 升 溶 液 中 量 取 １ｍＬ 用 Ａ 毫 升 ０ ， ００ ｍ ｌ ．５ ｏ Ｌ的 Ｈ １ ／ Ｃ 溶液滴定至 中性， 剩余溶液（ － ｃ １ｍ ） ０ Ｌ 用同样的方法滴定 至中性所用 Ｈ １ Ｃ 溶液为 Ｂ 毫升 ， 根据下式可计算 出单位重量二氧化硅颗 粒 表面 的羟基 含量 （ ） 。 ｘ
联 系人简介 ： 郭增昌（ ９２ ） 男 ， １６ ・ ， 副教授 ， 主要从事高性能杂化材料研究。Ｅ ｉ： ｇｏ２ ６ ．ｏ ｍａ ｚ ｕ６ ＠１ ３ｃｍ ｌｃ
纳米二氧化硅表面改性条件优化
纳米二氧化硅表面改性条件优化对于用熔融共混法制备的纳米复合材料而言，无机粒子能在聚合物中作纳米级的原生粒子分散是决定材料性能改善的最重要因素之一。
粒子在塑料中分散粒径大小及分散均匀性对填充改性塑料的性能及其均匀性影响很大。
因此解决自身团聚很强的纳米粒子在材料中的分散性问题，成为制备性能优良复合材料的关键点，也是难点之所在。
纳米SiO2为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构。
由于纳米SiO2表面能大，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难以浸润和分散。
目前，对纳米SiO2的改性方法有多种，通常采用的是硅烷偶联剂法。
硅烷偶联剂由于具有双反应功能团，能使填料与聚合物的结合界面以化学键相连，从而提高填料的补强性能[2～4]。
微波是一种波长从1mm到1m左右的超高频电磁波，具有物理、化学、生物学效应。
在电磁场中，体系介质产生极化取向，相邻分子间由于分子热运动产生强烈的相互作用，极性分子产生“变极”效应，由此产生了类似摩擦作用，使极性分子瞬间获得能量，以热量形式表现出来，介质整体温度同时随之升高。
微波还存在一种不是由温度引起的非热效应，微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应活化能。
以上特性使得微波加热有机反应具有传统加热法所无法具备的优点，反应速度快，效率高。
本文作者采用微波法对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂用量、微波功率、硫酸用量对改性效果的影响，探讨了最佳表面改性条件，并对改性后的纳米SiO2进行了表征。
1 实验部分1.1 主要试剂与仪器纳米二氧化硅：粒径100nm，购自海川化工有限公司，硅烷偶联剂SCA-1603：分析纯，哈尔滨化工研究所实验厂产品；浓硫酸：分析纯，购自莱阳市双双化工有限公司；无水乙醇：分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂产品。
电脑型旋钮码微波炉：顺德市格兰仕电器实业有限公司；PHS-3C精密pH计：上海精科；TGA-7热重分析仪：美国PE公司；370FTIR红外光谱仪：德国BRUKER，*****55。
纳米二氧化硅表面改性条件优化
对于用熔融共混法制备的纳米复合材料而言,无机粒子能在聚合物中作纳米级的原生粒子分散是决定材料性能改善的最重要因素之一。
粒子在塑料中分散粒径大小及分散均匀性对填充改性塑料的性能及其均匀性影响很大。
因此解决自身团聚很强的纳米粒子在材料中的分散性问题,成为制备性能优良复合材料的关键点,也是难点之所在。
纳米SiO2为无定形白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,其呈现出絮状和网状的准颗粒结构。
由于纳米SiO2表面能大,易于团聚,通常以二次聚集体的形式存在,限制了其超细效应的充分发挥,在有机相中难以浸润和分散。
目前,对纳米SiO2的改性方法有多种,通常采用的是硅烷偶联剂法。
硅烷偶联剂由于具有双反应功能团[1],能使填料与聚合物的结合界面以化学键相连,从而提高填料的补强性能[2~4]。
微波是一种波长从1mm到1m左右的超高频电磁波,具有物理、化学、生物学效应。
在电磁场中,体系介质产生极化取向,相邻分子间由于分子热运动产生强烈的相互作用,极性分子产生“变极”效应,由此产生了类似摩擦作用,使极性分子瞬间获得能量,以热量形式表现出来,介质整体温度同时随之升高。
微波还存在一种不是由温度引起的非热效应,微波作用下的有机反应,改变了反应动力学,降低了反应活化能。
以上特性使得微波加热有机反应具有传统加热法所无法具备的优点,反应速度快,效率高。
本文作者采用微波法对纳米SiO2进行表面改性,考察了偶联剂用量、微波功率、硫酸用量对改性效果的影响,探讨了最佳表面改性条件,并对改性后的纳米SiO2进行了表征。
1实验部分1.1主要试剂与仪器纳米二氧化硅:粒径<100nm,购自海川化工有限公司,硅烷偶联剂SCA-1603:分析纯,哈尔滨化工研究所实验厂产品;浓硫酸:分析纯,购自莱阳市双双化工有限公司;无水乙醇:分析纯,天津市东丽区天大化学试剂厂产品。
电脑型旋钮码微波炉:顺德市格兰仕电器实业有限公司;PHS-3C精密pH计:上海精科;TGA-7热重分析仪:美国PE公司;370FTIR红外光谱仪:德国BRUKER,EQUINOX55。
纳米二氧化硅表面改性的研究
等通过原位 表面改性制备
入三口瓶中, 然后加入甲苯和钛酸酯偶联剂 , 搅拌并 超声振荡 , 而后升温至指定温度, 回流, 然后抽滤 , 洗 涤, 放入烘箱中干燥 , 制得改性后的纳米 SiO2。 ( 3) 硬脂酸改性纳米 S i O2 将一定量的硬脂酸和 NaOH 置于三口瓶中, 加 入适量开水, 升温搅拌, 待硬脂酸和 NaOH 全部溶解 加入一 定量的 纳米 SiO2。恒温 搅拌一 定时 间, 抽 滤, 用无水乙醇洗 去表面的有机 物, 再用水 洗涤一 次, 干燥, 即制得改性后的纳米 S i O 2。 1 4 改性效果的表征 ( 1)亲油化度的测定 将 1g 改性后的纳米 S i O 2 粉体置于 40mL 蒸馏 水中 , 然后逐滴地滴定甲醇, 当漂浮在水面上的粉体 完全润湿后, 记录甲醇的加入量 V ( mL ) , 则 亲油化度 = ( V / 40+ V ) ∀ 100 % ( 2)吸水率的测定 将 1 000g 改性后的产品均匀铺洒在表面皿上, 然后放入盛有适量水的干燥器中 , 放置一定时间后, 称量并计算粉体增加的质量 m, 按下面的公式计算 其吸水率。 吸水率 = (m / 1 000) ∀ 100 %
充效果, 所以 , 有必要对其进行表面改性。目前, 采 用硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂对纳米 S i O2 进行表面 改性的研究有报道 , Zh iW en W ang 等
8!
以超临界
CO 2 为溶剂、 以钛酸酯偶联剂 NDZ 201 为改性剂对 纳米 SiO2 进行了表面改性 , 修饰后纳米 S i O 2 由亲 水变为疏水, I R 和热重分 析表明纳米 S i O 2 和钛酸 酯偶联剂主要 是通过化学键相互作用的。 Yan lo ng T a i等
粉体置于40ml蒸馏水中然后逐滴地滴定甲醇当漂浮在水面上的粉体完全润湿后记录甲醇的加入量yml则亲油化度v40y1002吸水率的测定将10009改性后的产品均匀铺洒在表面皿上然后放人盛有适量水的干燥器中放置一定时间后称量并计算粉体增加的质量m按下面的公式计算其吸水率
纳米二氧化硅粒子改性氰酸酯树脂的研究的开题报告
纳米二氧化硅粒子改性氰酸酯树脂的研究的开题报告
一、研究背景及意义
氰酸酯树脂因其低粘度、低收缩率、高耐热性等优良性能，在工业、航空航天、电子、复合材料等领域得到广泛应用。
但氰酸酯树脂在使用中存在的主要问题是其脆性和容易发生龟裂的现象，这限制了其在某些应用领域的使用。
近年来，利用纳米材料对树脂进行改性已成为研究的热点。
纳米粒子具有高比表面积、高强度、小尺寸效应等优良性质，通过将其加入到树脂中，可以改善树脂的力学性能、热稳定性、润湿性等性能。
本文选择纳米二氧化硅粒子作为改性材料，考察其对氰酸酯树脂力学性能及耐热性的影响，旨在为氰酸酯树脂的改性提供一种新的思路和方法。
二、研究内容及步骤
1. 合成纳米二氧化硅粒子
采用溶胶-凝胶法合成纳米二氧化硅粒子。
首先，在乙醇中加入硅酸乙酯并搅拌均匀，再加入无水氨水调节pH值到8~9，使其混合均匀后静置，生成胶体；然后将胶体经烘箱烘干，并在400~600℃下煅烧3 h，获得纳米二氧化硅粒子。
2. 改性氰酸酯树脂
将纳米二氧化硅粒子加入到氰酸酯树脂体系中，通过超声乳化和搅拌均匀分散，得到纳米二氧化硅改性氰酸酯树脂。
3. 性能测试
采用万能材料试验机对改性前后的氰酸酯树脂进行压缩测试和弯曲测试，考察纳米二氧化硅粒子的加入对氰酸酯树脂的力学性能影响。
同时，通过热重分析仪测试改性前后的氰酸酯树脂的热稳定性，并对纳米二氧化硅粒子的分散情况进行表征。
三、预期结果及意义
预计纳米二氧化硅粒子的加入能够显著改善氰酸酯树脂的力学性能和热稳定性，使其具有更好的工业应用价值。
该研究为氰酸酯树脂的改性提供了一种新的方法和思路，对纳米材料的应用也具有重要参考意义。
纳米二氧化硅表面改性
纳米二氧化硅表面改性一、本文概述纳米二氧化硅作为一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、良好的化学稳定性和独特的光学性质等，在众多领域如橡胶、塑料、涂料、医药、化妆品和食品工业等都有着广泛的应用。
然而，纳米二氧化硅的高比表面积和表面能导致其易于团聚，从而影响了其性能和应用。
因此，对纳米二氧化硅进行表面改性，以改善其分散性和与其他材料的相容性，一直是纳米材料领域的研究热点。
本文旨在深入探讨纳米二氧化硅表面改性的各种方法、原理及其在实际应用中的效果。
我们将首先介绍纳米二氧化硅的基本性质和应用领域，然后重点论述表面改性的重要性以及目前常用的表面改性方法，包括物理改性和化学改性两大类。
在此基础上，我们将对改性后的纳米二氧化硅的性能进行评估，并探讨其在实际应用中的潜力和挑战。
我们将展望纳米二氧化硅表面改性的未来研究方向和应用前景。
通过本文的阐述，我们希望能够为从事纳米材料研究和应用的科研人员提供有价值的参考，推动纳米二氧化硅表面改性技术的进一步发展，并为其在各领域的广泛应用提供有力支持。
二、纳米二氧化硅的表面性质纳米二氧化硅（SiO₂）是一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优异的热稳定性、良好的光学透明性等，在众多领域如涂料、橡胶、塑料、陶瓷、生物医药等都有着广泛的应用。
而纳米二氧化硅的表面性质，特别是其表面结构和活性，直接影响了其在这些领域的应用效果。
纳米二氧化硅的表面结构主要由硅羟基（Si-OH）构成，这些硅羟基可以是孤立的，也可以是连生的，形成硅氧烷键（Si-O-Si）。
这些硅羟基的存在使得纳米二氧化硅表面带有亲水性，易于形成氢键，从而表现出强烈的吸附性能。
同时，硅羟基也是纳米二氧化硅表面改性的关键，通过对其进行化学反应，可以引入各种有机官能团，从而改变其表面性质。
纳米二氧化硅的表面活性主要源于其高比表面积和大量的表面硅羟基。
高比表面积使得纳米二氧化硅能够与其他物质进行充分的接触和反应，而大量的表面硅羟基则提供了丰富的反应位点。
纳米二氧化硅粉体的表面改性研究
纳米二氧化硅粉体的表面改性研究近年来，随着科学技术的飞速发展，纳米材料受到越来越多的关注，纳米二氧化硅粉体也在研究和应用方面发挥了独特的作用。
然而，纳米二氧化硅粉体本身具有低表面能，容易与环境中的其他物质发生化学反应，影响其特性表现。
因此，对其表面进行改性显得尤为重要。
本文将从表面性质、改性原理、改性技术三个方面介绍纳米二氧化硅粉体的表面改性研究的进展情况，为后续相关研究和应用提供依据和借鉴。
首先，纳米二氧化硅粉体具有低表面能，容易被环境变化影响，具有极高的比表面积和疏水性，不易与液体及其他组分形成稳定的混合体，且改性后的性能不易稳定。
因此，研究者需要弄清纳米二氧化硅的表面性质，以协助实现对纳米材料的有效表面改性。
其次，纳米二氧化硅的表面改性，主要通过物理、化学或两者相结合的方式，使粉体的表面变得平整和疏水，从而影响材料的表面结构、功能和性能。
物理法是在不改变表面结构的前提下，利用表面热力、压力、电磁力等物理作用，从而改善粒子表面比表面积和疏水性；化学法则是使用有机物质或其它化合物将粉体表面物化，以改变比表面积、疏水性和其他物理和化学性质。
最后，目前，已有许多技术可以用于纳米二氧化硅粉体的表面改性，例如接枝、支化、光化学气相沉积、外加基团、聚合和包覆。
其中，接枝技术和支化技术是近年来被广泛应用的技术，并取得了较好的效果。
在此基础上，光化学气相沉积、外加基团、聚合物和包覆技术等技术也得到了不断发展和完善。
总之，为了发挥纳米二氧化硅粉体的最大潜力，表面改性是必不可少的，近年来的相关研究进展情况表明，物理法和化学法相结合的表面改性技术是其中最重要的一环。
如果未来能够开发出更多更有效的表面改性技术，将会为纳米材料的研究和应用带来极大的便利。
值得一提的是，表面改性需要综合考虑表面形貌、疏水性、比表面积等各种因素，目前研究者仍需要进一步完善纳米二氧化硅粉体表面改性技术，研制出具备良好表面和功能性能的新型纳米材料。
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氰酸酯树脂 (CE)具有优异的力学性能 、介电性 能 、耐热性能 、极低的吸水率以及与环氧树脂 (EP) 相近的良好成型工艺性 , 在航空航天承力结构件 、透 波材料 、隐身材料 、高性能电子印刷线路板等领域具 有广阔的发展潜力 [ 1] .由于 CE单体聚合后交联密 度大 , 结晶度高 , 造成固化物较脆 , 故人们通常采用 与热固性树脂 、热塑性树脂 、弹性橡胶体等共混或共 聚对其进行增 韧改性 [ 2 -4] .但到目 前为止 , 还未见 CE及其复合材料摩擦磨损方面 的研究报道 [ 5 -12] , 而摩擦学性能对于 CE承力结构件则是一种很重要 的技术参数 .我们课题组曾用 nano-SiO2 对氰酸酯 树脂进行过改性研究 [ 9 -12] , 本文在此基础之上进一 步探讨 nano-SiO2 及其偶联剂表面处理对 CE磨损 率和摩擦系数的影响 .
方式主要表现为磨粒磨损 , 黏着磨损则随着 nano-SiO2 未表面处理 、KH-560和 SEA-171分别表面处 理的顺序依
此减轻 .
关键词 :氰酸酯树脂 ;纳米二氧化硅 ;偶联剂 ;摩擦 磨损
中图分类号 :TH117.3
文献标 识码 :A
文章编号 :1004 -0595(2009)03-0288 -05
数的影响 图 3为 nano-SiO2 含量为 3.00%时 , 纯 CE及
其复合材料的摩擦系数随磨损时间的变化曲线 .可 以看出 , 3种复合材料的摩擦系数随时间的变化与 纯 CE的变化规律基本相似 , 即在摩擦初期摩擦系 数先达到相应的峰值 (约 0.56 ～ 0.82), 然后随着时 间的延长逐渐降低 , 大约 40min后基本趋于平稳 .但 从平稳后的变化 幅度来看 , 却有明显差异 .相对纯 CE的稳定摩擦系数 0.40, (1)体系的稳定摩擦系数 为 0.34, 下降率 15.00%;(2)体系的稳定摩擦系数 为 0.32, 下降率 20.00%;(3)体系的稳定摩擦系数 为 0.30, 下降率 25.00%.可见 , nano-SiO2 在极大 降低 CE磨损率的同时 , 也能够有效地降低其摩擦 系数 , 而且 nano-SiO2 经 2种偶联剂表面处理后 , 其改性复合材料的摩擦系数仍能进一步降低 ;两种 偶联剂相比较 , SEA-171 比 KH-560 更能有效地 改善材料的减摩性 .
图 1 Nano-SiO2 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 3.00%后 , 由 于 nano-SiO2 分 散 性 受 到 一 定 影 响[ 12] , 其磨损率反而会随之增加 .
分别考察了
nano-SiO 及 其经两 种偶联 剂 2
KH-56 0 和
SEA-171表面 处理后对
CE摩擦学性能的影响 .测试结果表明 , 经偶联剂表面处理后 的 nano-SiO2 能 够更加 有效地 改善 CE的摩 擦磨损性
能 , 两种偶联剂相比 , SEA-171的改性效果 较好 .SEM分析表 明 , 不同性 质的 nano-SiO2 形成 的复合 材料 , 其磨损
摩擦系数 , 稳定摩擦系数取值为达到稳定磨损状态
后 1 h内的平均值 .通过测定摩擦耗损质量 Δm(g)、
材料密度 ρ(g/cm3)和总滑动距离 L(m), 用以下公
式计算磨损率 ω[ mm3 /(N· m)] .
ω=ρ·
Δm 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-SiO2 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 mm3 /(N· m), 3.00% nano-SiO2时 , (1)体系的磨损率为 2.32 × 10-6 mm3 /(N· m), 比纯 CE降低 51.16%;(2)体 系的磨损率为 1.16 ×10-6 mm3 /(N· m), 比纯 CE 降低 75.58%;(3)体系的磨损率更小 , 只有 1.09 × 10-6 mm3 /(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 ,表面处理对纳米二氧化硅改性氰酸酯树脂摩擦学性能的影响
2 89
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
1 实验部分
1.1 原料和仪器 双酚 A型 CE, 纯度为 96.0%, 中国航空工业济
南特种结构研究所研制 ;nano-SiO2 , 工业品 , 粒径 20 ～ 40 nm, 浙江弘崴材料科技股份有限公司研制 ; 小分子硅烷偶联剂 KH-560, 分析纯 , 纯度 98.0%,
湖北荆州江汉精细化学品公司 ;大分子硅烷偶联剂 SEA-171, 纯度 98.0%, 西北工业大学应用化学系 研制 ;其他试剂均为分析纯 .
为什么在摩擦初期 , 不同性质的 nano-SiO2 会 对材料的摩擦系数产生如此大的影响 , 且表现出了 相同的规律性 ? 其主要原因是由于磨损时间的逐渐 延长 , 摩擦热导致材料表面的物理状态发生了变化 . 根据摩擦黏着理论 , 试验材料与对摩环的接触 , 并非 表观面积的全部接触 .在摩擦起始阶段 , 由于材料表 面温度比较低, 处于玻璃态, 摩擦只发生在少数 nano-SiO2 粒子的微凸峰之间 , 摩擦力主要以犁沟 效应产生的阻力为主 , 所以摩擦系数比较小 .随着摩 擦的继续进行 , 会产生较多的摩擦热 , 但由于 nano-
DO I :10.16078/j .tr ibo logy .2009.03.009 第 29 卷 第 3 期
2009 年 5 月
摩擦学学报
Tribology
Vol.29 No.3 May, 2009
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学性能的影响
张文根 1, 张学英1 , 祝保林 1 , 王君龙1 , 梁国正 2
29 0
摩 擦 学 学 报
第 29卷
Fig.2 SEM micrographsofthewornsurfacesofpureCEanditscomposites 图 2 纯 CE及其复合材料的磨损面 SEM图片
反复摩擦过程中不易从基体中脱落 , 从而有效地改 善了纳米粒子与基体的黏结强度 , 进一步提高了材 料的磨损性能 . 2.2 Nano-SiO2 及其表面处理对复合材料摩擦系
图 2为纯 CE及含 3.00% nano-SiO2 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 ;但由于未表面处理的 nanoSiO2 粒子存在软团聚现象 [ 8] , 所以磨粒给出的磨痕 半径较大 .从图 2(c)可以看出 , (2)体系磨损面上 的黏着磨损已变轻 , 磨粒半径相对较小 , 并开始出现 轻微的犁削磨损 , 说明 nano-SiO2 经 KH-560表面 处理后改善了其分散性和界面黏接强度 [ 12] , 提高了 材料的耐磨性 .从图 2(d)可以看出 , (3)体系磨损 面上只出现了一些 “桔皮状 ”磨痕 , 基本上看不到黏 着磨损 , 磨 粒半 径相 对 更小 , 说 明 nano-SiO2 经 SEA-171表面处理后在基体中分散地更加均匀 , 在
(1.渭 南师范学院 复合材料研究所 , 陕西 渭南 714000; 2.西北工业大学 理学院 , 陕西 西安 710072)
摘 要 :采用模塑成型法制备氰酸酯 树脂 (CE)/纳米二氧 化硅 (nano-SiO2 )复 合材料 , 通 过磨损率 和摩擦 系数测
试 、扫描电子显微镜 (SEM)表征 ,
超声波器 , 型号 KQ-300DE, 昆山市超声仪器 有限公司 ;鼓风干燥箱 , 型号 101A-1, 上海市实验 仪器总厂 ;恒温真空干燥箱 , 型 号 608, 大连第四仪 表厂 ;切割机 , 型号 DGF-40, 济 南第一机床厂 ;磨 损试验机 , 型号 MM-200, 河北宣化材料试验厂 ;扫 描电子显微镜 (SEM), 型号 HITACHIS-570, 日本 日立公司 . 1.2 Nano-SiO2 的预处理及表面处理
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 : PureCE(0), 作为参照 .