纳米氧化锆增强苯并嗯嗪复合树脂的热转变行为与摩擦性能的关系

纳米氧化锆增强苯并嗯嗪复合树脂的热转变行为与摩擦性能的关系研究

前言

苯并嗯嗪树脂具有低热收缩、高残碳率以及良好的机械加工性能等优点，已经在电路板基材、复合材料以及耐磨材料中使用。然而普通的苯并嗯嗪树脂玻璃化转变温度较低，仍不能完全满足对于高温性能有特殊要求的应用需要。无机纳米复合改性技术近年来在高分子改性领域得到了广泛的应用。纳米氧化锆具备高强度、高模量、低密度、低热导率和低热膨胀率，已经应用于航空航天领域。为了进一步提升苯并嚼嗪树脂的耐热性及高温摩擦系数稳定性，本文采用纳米氧化锆对苯并嗯嗪树脂进行复合改性，然后采用动态热机械分析仪和CHASE磨损试验机对纳米改性树脂的热转变行为与摩擦性能的关系进行了研究。

试验方法

采用原位聚合的方法制备纳米氧化锆改性苯并嗯嗪树脂。采用动态热机械分析(DM～SDTA86le，Mettler Toledo)在频率为lHz，升温速度为5℃／min条件下用剪切模式测试树脂的动态热机械性能。在CHASE试验机上以J661试验标准测试样品的摩擦磨损性能。

结果与讨论

氧化锆含量对纳米复合树脂动态热机械性能的影响，随着纳米氧化锆含量的增加，纳米改性苯并嗯嗪树脂的弹性模量和玻璃化转变温度均相应提高。其中，玻璃化转变温度由165℃(纯苯并噫嗪树脂)提高到190℃(8％氧化锆改性苯并嗯嗪树脂)，高温(300℃)弹性模量由3．7MPa(纯苯并嗯嗪树脂)提高到6．3MPa(8％氧化锆改性苯并嗯嗪树脂)。这一方面因为纳米氧化锆的低导热率有助于减缓热量在树脂基体内的扩散速度，另一方面由于纳米颗粒的加入对高分子链段运动产生了束缚力，从而提高改性树脂的耐热性能，也提高了改性树脂高温下的弹性模量。

在50、100、200、250℃等测试温度下，纳米复合树脂的摩擦系数与摩擦压力的关系。当测试温度为50℃时，纯苯并嚼嗪树脂和复合树脂的摩擦系数随测试压力的变化改变很小。而当温度升为100。C时，纯苯并嗯嗪树脂和复合树脂的摩擦系数随测试压力的增大而产生变化。当测试温度超过200℃时，纯苯并嗯嗪树脂和复合树脂的摩擦系数随测试压力的增大而明显减小。相较而言，纯苯并嗯嗪树脂在高温下摩擦系数的降低程度大于纳米复合树脂。

纳米氧化锆复合树脂的热转变行为与摩擦性能的关系

当测试温度为50℃时，树脂处于玻璃态具有高模量，不易形变，摩擦接触面积小，所以摩擦系数非常稳定。当温度升为100℃时，树脂开始由玻璃态向高弹态的转变，树脂的储能模量开始降低，树脂的变形开始增大，树脂的摩擦系数开始不稳定。当测试温度超过200℃时，树脂已经由玻璃态转变为高弹态，树脂的储能模量急剧降低，随着摩擦剪切力的增大，树脂更容易变形，导致摩擦接触面积急剧增大，使树脂的摩擦系数急剧降低。此外，由于纳米氧化锆加入，使纳米改性苯并嗯嗪树脂的储能模量和玻璃化转变温度提高，从而使得复合树脂在高温下的摩擦系数稳定性优于纯苯并噫嗪树脂。

结论

本文分别以l，2，4，8％的质量比例在苯并嗯嗪树脂中加入直径为200-400nm的氧化锆，采用原位聚合方法制成新型纳米氧化锆增强苯并嗯嗪树脂，并考察了纳米氧化锆改性苯并嗯嗪树脂的热转变行为与摩擦性能的关系。研究结果表明，纳米氧化锆改性树脂的摩擦磨损性能与其热转变行为密切相关。当测试温度超过200 。C时，树脂由玻璃态转变为高弹态，随着摩擦剪切力的增大，树脂更容易变形，导致摩擦接触面积急剧增大，使树脂的摩擦系数急剧降低。但由于纳米氧化锆加入，使纳米改性苯并嗯嗪树脂的储能模量和玻璃化转变温度提高，从而使得复合树脂在高温下的摩擦系数稳定性优于纯苯并嗯嗪树脂。

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