论文摘要
含二氮杂萘酮结构聚醚砜酮树脂（PPESK）是一类新型高性能工程塑料,既耐高温又可溶解,综合性能优于传统耐高温树脂,性价比高,是制备高性能树脂基复合材料的理想基体选材,具有很好的应用前景。但其熔体粘度高,热成型加工较难,限制了其更广泛的应用,急需适当改性。本论文采用熔融挤出的方式对PPESK进行共混改性,系统研究了改性后材料的结构与性能的内在联系。并在此基础上,又用固体润滑剂对改性后PPESK进行填充改性,制备了PPESK树脂基自润滑复合材料,重点考察了复合材料的机械性能和摩擦磨损性能。采用双酚A型聚砜（PSF）对PPESK进行熔融共混改性,对不同含量共混物的结构和主要性能进行了系统研究。采用溶解度参数、差示扫描量热法（DSC）、界面张力、傅立叶红外（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等方法和手段对该共混体系的相行为进行了研究。PSF与PPESK的溶解度参数差值较小,仅为0.25（J/ml）1/2,预示二者有较好的相容能力。所研究组分在其组成范围内,相对于两个均聚物,共混物有2个向中间靠拢的玻璃化转变温度,表明为部分相容体系。由接触角测试结果计算得到PSF、PPESK表面张力进而求得二者的界面张力γ12为0.86mN·m-1,粘附强度为69.33mN·m-1,表明相界面间有较高粘合力。从SEM微观断面形貌图中观察到共混物相界面较模糊,两相间结合较好。在此基础上,对共混物的流变、力学和耐热性能进行了系统研究。结果表明,PSF的引入显著改善了PPESK的熔融加工性能,共混物在PSF含量较低时呈现典型的假塑性流体特征;随着PSF含量的增加,熔体流动粘度降低,熔体更倾向于牛顿流体;在PSF含量超过20wt%以后便可以顺利挤出注塑成型。共混物耐热性有所下降,PSF含量为40wt%时,热变形温度为195℃,与PPESK相比下降近60℃;5%热失重温度为481℃,与PPESK相比下降近10℃。共混物的力学强度在PSF含量低于40wt%时变化不大,拉伸强度达80MPa,弯曲强度在117MPa以上,PSF含量超过40wt%,力学强度下降明显。采用熔融挤出的方法制备了不同配比的PPESK和聚芳醚腈（PEN）共混物,系统研究了不同含量共混物的结构与性能。对该共混体系的相容性进行预测和表征,结果表明PPESK与PEN的溶解度参数相差较小(0.34（J/ml）1/2),预示二者有一定的相容性;相对于PPESK、PEN均聚物,共混物有两个向中间靠拢的玻璃化转变温度,表明PPESK/PEN为部分相容体系。计算得到PPESK、PEN的粘附功为67.93mN·m-1,界面张力为0.12mN·m-1,表明二者之间的界面粘结性能较好;在SEM微观断面形貌图中发现共混物相界面较模糊,两相之间结合较好。共混物的加工性及力学性能结果表明,加入少量PEN（20wt%）,共混物的熔体粘度仍然较大,挤出样条内部有明显缺陷,导致力学性能较低,拉伸强度仅为72MPa;在PEN含量达40wt%后,共混物的挤出工艺得到改善,共混物力学强度保持较高值,拉伸和弯曲强度分别为81MPa和126MPa;再增加PEN含量,共混物的力学强度略有增大。热失重分析表明,PEN的引入并没有明显降低PPESK的热稳定性,共混物的5%热失重温度均高于484℃。在改善PPESK树脂熔融加工性的基础上,添加聚四氟乙烯（PTFE）细粉,通过熔融共混改性的方法制备了可注塑加工的改性聚醚砜酮（m-PPESK）/PTFE耐磨自润滑共混材料,考察了m-PPESK/PTFE的力学性能、耐热性及摩擦磨损性能。结果表明,在PTFE含量低于15wt%时,m-PPESK/PTFE复合材料拉伸强度高于72MPa,弯曲强度在105MPa以上,其热变形温度与m-PPESK基体相当。利用M-200型磨损实验机对其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了系统研究,结合SEM磨损表面形貌照片分析了复合材料的摩擦磨损机理。结果表明,PTFE的加入显著降低了m-PPESK树脂的摩擦系数和磨耗,PTFE含量为25wt%时,摩擦系数降至0.14,磨损率下降为1.8×10-5mm3（N·m）-1,但此时拉伸强度下降幅度较大,仅为49MPa。m-PPESK/PTFE共混材料的磨损机理主要表现为:较低PTFE含量时和摩擦初期以磨粒磨损为主,较高PTFE含量时和摩擦后期以粘着磨损为主。采用熔融挤出填充改性的方法制备了可注塑加工的m-PPESK/石墨（Graphite）自润滑复合材料。力学测试结果表明,随着石墨含量的增加,复合材料的拉伸强度呈现降低的趋势,但在石墨含量低于20wt%时,拉伸强度仍在65MPa以上。复合材料的热变形温度随着石墨含量的增加而略有升高,比PPESK基体提高近10℃。干摩擦条件下的摩擦磨损性能结果表明,石墨的加入显著降低了PPESK树脂的摩擦系数和磨耗,在石墨含量为30wt%时,摩擦系数降为0.11,磨损率也降至1.3×10-5mm3（N·m）-1,此时拉伸强度为51MPa。磨损表面的SEM形貌分析表明,较低石墨含量时,磨粒磨损起主要作用;增加石墨含量,磨粒磨损减轻,粘着磨损占主导地位。