氧化石墨烯-TLCP/酚醛树脂基微纳米复合材料的结构与摩擦学性能的关系研究

采用氧化石墨烯（GO）增强聚合物基复合材料是目前热点研究领域。GO-TLCP微纳米多尺度混杂结构与材料摩擦学性能之间关系是该领域一个新的学术问题。本课题拟利用GO上含有大量活性基团与PF、TLCP具有良好相容性特点，研究在GO存在下进行PF的原位聚合反应，通过偶联剂处理、超声分散等手段，制备具有良好分散性和相容性的GO/PF纳米改性树脂；通过分次挤出、成型固化工艺控制，制备GO-TLCP/PF微纤-纳米复合材料。重点研究GO与PF的原位聚合工艺对纳米分散相结构及相容性的影响，TLCP的分子结构、复合材料加工制备工艺与微纤结构、纳米分散相结构、复合材料界面效应关系，GO-TLCP/PF微纳米复合材料的固化结构对材料的摩擦学、动态力学、流变学、热性能等影响。解决纳米分散、微纤形成、与基体间强大界面相互作用的关键。阐明微纤-纳米多尺度结构协同作用机制，为酚醛树脂基摩擦材料的高性能化提供理论依据。

本项目系统的研究了氧化石墨烯的制备、改性及结构表征，包括采用改良的Hummers法制备、球磨法制备、硅烷偶联剂改性、PSS改性、POSS改性、TLCP的改性等，并对各种制备的GO产物进行结构表征；系统研究了多种热致性液晶聚合物的合成及表征，包括联苯型液晶、聚酯型液晶、聚酯酰亚胺液晶等，并对它们的结构进行表征；通过原位聚合工艺制备GO/PF原位复合材料、通过球磨及原位聚合法制备GOs/PF原位复合材料、通过挤出共混模压成型制备GO/TLCP/PF混杂复合材料，研究原位聚合工艺、球磨工艺、混杂材料的表面改性、GO的分散性及形态、添加剂的含量、GO与TLCP的协同作用等因素对制备的各种PF复合材料的力学、热学、动态力学、摩擦磨损性能的影响，分析材料的结构与性能之间的关系。研究结果表明，采用原位聚合工艺制备的GO/ PF原位复合材料， GO在基体树脂中的分散性良好，即使在GO加入量很少（0.25-0.5%）时候，酚醛复合材料的力学性能、动态力学性能、摩擦磨损性能都得到明显提高，表明GO的有效加入确实对酚醛复合材料起到了增强作用；采用经过改性的GO与TLCP混杂加入PF复合材料中，二者具有一定的协同增强作用，酚醛复合材料的热稳定性和摩擦磨损性能得到明显提高，表明片层的GO 与刚性棒状的TLCP具有较好的界面相容性，从而发挥了正的混杂效应。