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写一篇聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦
学性能的报告，600字
本文研究了聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能。
与传统的金属润滑剂相比，MoS2有着良好的自
润滑性，能够有效抵抗磨损，是一种理想的润滑剂。
首先，我们使用固定条件对不同厚度的MoS2基固体润滑涂层进行滑动试验，包括1μm、3μm和5μm。
然后，将这些涂层在正常温
度下用油介质润滑后，采用摩擦力测试仪来测试它们的摩擦学性能。
摩擦力测试结果显示，随着涂层厚度的增加，MoS2基固体润
滑涂层的摩擦系数降低。
其中，1μm涂层的摩擦系数为0.27，3μm的为0.23，而5μm的摩擦系数更低，只有0.19。
这些结
果表明，MoS2基固体润滑涂层的厚度越大，在油介质中的摩
擦力就越小。
继而，厚度越大的涂层的摩擦系数越小，且其耐磨性能也越强。
综上所述，通过研究聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能，可以得出以下结论：1.随着涂层厚度的
增加，MoS2基固体润滑涂层的摩擦系数明显降低；2.厚度越
大的涂层，其耐磨性能也越强。
希望以上研究可以为未来研究同类油基润滑剂提供参考。
硅氧烷改性水性环氧树脂分散液的合成及其涂膜性能研究张凯1,黄春保1,陈焕钦21·湖北黄冈师范学院化学与应用化学学院,黄州438000;2·华南理工大学化学与化工学院,广州510631摘要：通过乙烯基单体与环氧树脂进行接枝聚合反应,制备了大分子链中含有羧基的水性自乳化环氧-苯丙共聚物,然后加入三乙醇胺中和,再进行硅氧烷改性制成硅氧烷改性的水性环氧树脂分散液;研究了改性条件、改性剂氨丙基甲基二乙氧基硅氧烷用量对水分散液性能和分散液涂膜性能的影响;并利用红外光谱、热重分析对改性产物进行了结构表征和热稳定性分析.结果表明:反应温度为55℃,改性剂氨丙基甲基二乙氧基硅氧烷用量在2%~2·5%(占环氧树脂的质量分数),所得分散液粒径小(147·2nm),贮存稳定性好(贮存期达1年以上),用该分散液制成的涂膜具有良好的耐水性、耐化学品性、柔韧性(1~2mm)和热稳定性(失重5%对应的温度为181℃).关键词：环氧树脂;硅氧烷;改性;水分散液;防腐中图分类号：TG174·46文献标识码：A文章编号：1002-6495(2009)05-0452-04与国外相比我国对水性环氧防腐蚀涂料的研究开发相对滞后,主要原因是水性环氧树脂为热力学不稳定体系;未改性的环氧树脂水分散液由于环氧基团存在,贮存稳定性不好[1].解决贮存稳定性的常用方法是用磷酸、氨基苯甲酸等[2~4]与环氧树脂的环氧基团发生开环反应(或开环后再接枝),由于破坏了起交联作用的环氧基,制得的水性环氧树脂涂膜耐水、耐化学品性较差.水分散液的贮存稳定性和分散液涂膜的耐水、耐化学品性之间的矛盾制约了水性环氧树脂发展[5,6].氨基硅氧烷因有较好的耐候耐湿性、柔韧性、耐水、耐化学品性[7],且可与环氧树脂反应,可作为环氧树脂的改性剂.制备硅氧烷改性环氧树脂水分散液一种方法是在环氧接枝共聚物乳化分散的过程中加入硅氧烷,直接混拼即物理共混;另一种方法是将含氨基的硅氧烷与环氧接枝物反应(化学改性),再乳化分散.物理改性法中硅氧烷与环氧接枝共聚物之间没有以化学键相连,相容性差,易发生相分离,且贮存稳定性也较差.化学改性法是在接枝物主链上引入硅氧烷,可以较好地改善二者的相容性,且不影响水分散液的贮存稳定性.本文通过采用氨基硅氧烷作为环氧接枝共聚物的改性剂,解决了环氧树脂水分散液贮存稳定性差的缺点,同时由于可形成新的交联结构,不因环氧基的消失而降低水分散液涂膜的耐水、耐化学品性,所制备的涂膜具有优良的性能,在防腐涂料领域实用性较强.1·实验方法1·1实验原料本实验用原料为:环氧树脂(E-44),工业品;甲基丙烯酸(MAA),分析纯;甲基丙烯酸甲酯(MMA),化学纯;苯乙烯(St),化学纯;过氧化苯甲酰(BPO),分析纯;正丁醇,分析纯;乙二醇单丁醚,分析纯;三乙醇胺,分析纯;氨丙基甲基二乙氧基硅氧烷(A-2100),工业品;去离子水.1·2硅氧烷改性水性环氧树脂分散液的合成在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶中,用少量丁醇和乙二醇单丁醚预溶好环氧树脂,在氮气保护下,预先一次性加一半引发剂和单体的混合液,然后经在3小时内连续滴加剩余的单体和引发剂的混合液,在聚合温度下恒温反应6小时,抽去溶剂即得环氧-苯丙接枝共聚物.再将所得产物于室温下加与羧基等摩尔量的三乙醇胺中和15分钟后在55℃水浴下加定量的氨基硅氧烷恒温反应70分钟,最后滴加去离子水,快速分散1小时,即得带蓝光的乳白色水分散液.1·3硅氧烷改性水性环氧树脂涂料的制备表1为硅氧烷改性水性环氧树脂涂料的基本配方.其制备:将无机填料分散于水中后加入润湿剂,搅拌均匀;再按配比边搅拌边缓慢向硅氧烷改性水性环氧树脂分散液中加入无机填料分散液、增稠剂,最后加入流平剂、消泡剂等.1·4分析与测试红外光谱分析.PerkinElmer1730型傅立叶变换红外光谱仪(美国),样品涂布于KBr单晶片上,风干测试.热重分析.待测试样均匀地涂布于聚四氟乙烯片上,于120℃真空干燥24小时得干燥的样品膜.在氮气气氛中以10℃/min的升温速率将样品膜从室温加热到500℃,得到TG曲线.仪器为Perkin-Elmer公司的TGA-7型热重分析仪.改性环氧树脂分散液粒子粒径测试.样品稀释约100倍,用美国Brookhaven公司BI-200SM型光散射仪测试,BI-9000AT数据自动分析系统软件计算胶粒粒径及分布.He、Ne激光光源,波长633·7nm,散射角90度,测试温度25℃.耐水性的测定.按照国标GB1733-79漆膜耐水性测定法,常温浸水法.浸泡96小时后,无起泡、发白等现象为优,72小时为良,否则耐水性为差.吸水率的测定.一定量的样品膜放入水中48小时平衡溶胀后,取出擦干膜表面的水,称重(m), 110℃真空干燥24小时后称重(m0),溶胀率=(m-mo)/mo×100(%).耐化学品性的测定.取固化好的涂膜试样,分别浸入5%H2SO4,5%NaOH的水溶液和丙酮中,每隔8小时观察一次表面颜色及状态,并与未浸入的试样进行对比.浸泡时间大于24小时,若涂膜无变化,视其耐化学药品性优;浸泡时间在18~24小时,若膜无变化视其耐化学品性良;浸泡时间在12~18小时,若膜无变化视其耐化学品性一般;浸泡时间小于12小时,若膜有起泡、开裂或脱落则视为不合格.按照国标GB/T6739/1996测定涂膜的铅笔硬度.按照国标GB/T9286-1998划格法测定涂膜的附着力.按照国标GB/T1731-79测定涂膜的柔韧性.2·结果与讨论2·1改性试剂的选择环氧-苯丙接枝共聚物分散液不稳定,其原因是,在放置的过程中环氧基逐渐发生开环反应.这是因为用化学方法制备水性环氧树脂时,通常要引入亲水基团如-COOH,然后加叔胺类中和剂使其离子化以增大水溶性,但非水体系的中和反应很难完全进行,而叔胺又是环氧基开环的催化剂[1],这样游离的叔胺在放置的过程中可催化环氧基的开环致使体系不稳定.含活泼氢物质与环氧树脂的环氧基团发生反应,可解决水分散液贮存稳定性问题,但由于破坏了起交联作用的环氧基团,如果自身不含可交联基团,则会带来水分散液涂膜的耐水、耐化学品性差等问题.通过以上分析可知,能作为该体系的改性试剂必须具备两个条件:1)可与环氧基团反应,2)含交联基团,但在反应的过程中不交联.实验发现,氨基硅氧烷能满足条件.常用的氨基硅氧烷有胺丙基三甲氧基硅烷、胺丙基三乙氧基硅烷、胺丙基甲基二乙氧基硅烷等.硅氧烷的选择主要从水解速率和反应活性两方面考虑.由于氨基较活泼,以上三种硅氧烷都可与环氧基反应.所以主要考虑它的水解速率.从表2可知,氨丙基甲基二乙氧基硅烷由于含有一个Si-CH3键难水解,乙氧基的空间位阻也稍大,其水解速率最慢,较为合适.2·2改性条件的确定硅氧烷化学改性水性环氧树脂分散液制备方法有两种:一是先接枝后开环即在完成环氧-苯丙接枝共聚后,再用硅氧烷对接枝物进行改性(氨基与环氧基发生开环反应),二是先开环再接枝即首先将硅氧烷与环氧树脂反应,开环后的产物再进行接枝共聚.实验表明,先开环后接枝,单体接枝率很低,所得产物的水分散性较差,有明显的油水分离,因此选用先接枝后开环.制备硅氧烷改性环氧-苯丙水分散液一个难点是硅氧烷在反应时易水解,生成活性硅醇继而缩聚交联,很快形成大量凝聚物,使反应无法进行.有效地抑制硅氧烷在反应和贮存过程中的水解缩聚,是改性的一个关键.影响硅氧烷水解缩聚反应速度的主要因素有:硅氧烷的空间位阻,体系的酸碱性,硅氧烷用量,反应温度,水解抑制剂.酸碱都会对硅氧烷的水解缩聚起催化作用,因此在接枝反应完成后,先用中和剂中和羧基,再加改性剂硅氧烷.但非水溶液中的中和反应很难完全进行,体系仍有一定的酸碱性.实验表明,采用二元醇如乙二醇可有效控制硅氧烷的水解.其作用机理是二元醇补偿了水解过程产生的醇类,从而抑制水解.这类二元醇对分散液无破坏作用,在反应过程中及贮存时对水解起抑制作用,而施工后又会从涂膜中散逸.由于环氧树脂与氨基硅氧烷反应是放热反应,而硅氧烷对温度较为敏感,因此反应过程中,温度的控制也很重要.升高温度,体系的粘度降低,有利于分子的接触和碰撞,增大了有效碰撞的几率而使反应速度加快.但由于该反应是放热反应,当反应速度太快时,放热也比较快,热量在体系中难以及时传递出来,导致体系的温度快速升高,硅氧烷发生醇解,同时,在反应过程中,剩余的中和剂叔胺具有促进环氧树脂交联固化的作用,因而温度高时,很容易引发热聚合,形成三维网状高分子,使体系凝胶.上述反应体系于70℃反应60分钟,便发生凝胶现象.而温度较低时,特别是低于50℃时,体系粘度又会增大,各组份难以充分接触,反应速度缓慢.实验发现,改性(开环)温度在55~60℃时,反应平稳且无凝胶生成,在该温度下,反应70分钟,所得分散液贮存期大于1年,所以实验中选用55℃作为反应温度.2·3硅氧烷含量对水分散液性能的影响本研究采用氨基硅氧烷改性环氧-苯丙水分散液可避免环氧基在放置的过程中发生开环反应,同时又可形成新的交联结构,不因环氧基的消失而降低水分散液膜的耐水耐化学品性,但引入硅氧烷的量并非越多越好.保持环氧树脂质量、接枝单体总量、引发剂浓度、亲水单体含量均不变,改变硅氧烷用量,考察其对水分散液性能的影响(表3).由表3可知,硅氧烷含量在2%~2·5%(mass)之间时,改性的水性环氧树脂分散液粒径小,室温下的贮存稳定性大于1年.在酸碱性介质中,硅氧烷的Si-O键较敏感.当硅氧烷含量较大时,其自身的水解效应也较大,当加水乳化分散时,可能发生硅氧键水解缩聚反应,致使不能分散.当硅氧烷含量较低时,体系中剩余过多的环氧基.在中和剂的催化下,逐渐发生开环反应,导致体系的粘度增大,分散液粒径变大,稳定性逐渐变差.只有在一定范围内,接枝聚合物上的邻近键段对硅氧烷起到有效的屏蔽,硅氧烷才可稳定存在,水分散液稳定性才好.2·4硅氧烷含量对水分散液涂膜性能的影响将硅氧烷引入到环氧树脂中,可以改善分散液涂膜的耐水性、耐化学品性、柔韧性等.保持环氧树脂质量、接枝单体总量、引发剂浓度、亲水单体含量均不变,改变硅氧烷用量,考察硅氧烷含量对水分散液涂膜性能的影响(表4).结果表明,随着硅氧烷用量增大,改性的环氧树脂水分散液涂膜吸水率逐渐降低,涂膜的附着力、柔韧性变好,耐化学品性也较好.这是因为水分散液涂膜在加热自固化的过程中,硅氧烷水解缩合后分子链间发生交联,使得聚合物交联密度增大,从而使聚合物分子链间难以被水分子溶胀,阻碍了水分子向聚合物分子间渗透.所制备的水性环氧树脂附着力相当优良,这是因为硅氧烷链段水解后分子中同时存在亲有机的-CH2-CH2-和亲无机的Si-OH,Si-O-Si基团,可以增加涂层和无机底层的粘结力[8],从而提高附着力.环氧树脂本身比较脆,将比较柔软的有机硅氧烷引入后可明显改善其柔韧性.未改性的环氧树脂水分散液制得的的涂膜硬度高,柔韧性较差,当用有机硅氧烷改性后,硬度由6H降到4H,柔韧性提高,并且可以加热自固化.2·5红外光谱分析图1,2分别为环氧-苯丙接枝共聚物,硅氧烷改性的环氧-苯丙接枝共聚物的红外光谱图.从图1中可以看到:在1247cm-1处出现苯醚的强吸收峰,在830cm-1处出现苯环的对位取代吸收峰,1731和1607cm-1处分别出现酯、羧酸的羰基吸收峰,1384和1362cm-1处出现中等强度的双酚A的-C(CH3)2-峰,1582cm-1处出现背景较高的羧酸盐吸收峰,916cm-1处出现环氧基的特征吸收峰,说明苯丙单体与环氧树脂骨架上的亚甲基或次亚甲基的碳发生自由基接枝反应[9].从图2中可以看到916 cm-1处环氧基吸收峰消失;1248cm-1处吸收峰增强,这是因为A-2100中的Si-CH3的吸收峰(1256 cm-1)被酯中的-O-CH3吸收峰覆盖而表现出增强;A-2100的特征峰为在1078和1105cm-1处出现双峰,由于硅氧烷含量少,此峰不明显,而且该位置在图1中也有峰,因此在图2中表现为该峰段变宽;同时环氧树脂的羟基吸收峰有所增强.可见反应是按预期进行的,产物为硅氧烷改性环氧-苯丙共聚物.2·6热稳定性分析图3分别为外加固化剂固化的环氧树脂、环氧-苯丙接枝共聚物、硅氧烷改性的环氧-苯丙共聚物(硅氧烷含量为2wt%)的TG曲线及对应的TG分析结果(表5).由图表可以看出:环氧树脂的热稳定性很好,291℃时,失重为5%.其主要失重区间集中在300~400℃,在405℃失重达70%.这是因为环氧树脂分子链上没有支链小分子,降解方式以主链的C-C、C-O、C-H降解为主.环氧-苯丙接枝共聚物由于分子链上含有支链,其热稳定性较环氧树脂差.硅氧烷改性的环氧-苯丙接枝共聚物热稳定性与环氧-苯丙接枝共聚物热稳定性相当,虽然硅氧烷的氨基与环氧树脂的环氧基发生了反应,但与环氧-苯丙接枝共聚物相比,并没有降低其热稳定性.改性环氧树脂的TG曲线被纯环氧树脂的TG曲线分为两个部分,在失重40%以前,改性环氧树脂样品位于纯环氧树脂曲线之下,同样失重率下,改性环氧树脂样品的分解温度较环氧树脂的低;当失重率达到40%以上,改性环氧树脂样品的TG曲线位于环氧树脂曲线之上,这是因为1)在环氧树脂上接枝了支链分子,随着温度的升高,支链分子开始降解,2)由于氨基硅氧烷破坏了可使环氧树脂固化交联形成网状结构的环氧基,在温度不是很高时,又没有完全形成Si-O-Si的网状结构,因而表现出低温时改性环氧树脂的热稳定性较纯环氧树脂差;但当温度升到较高时,硅氧烷改性的环氧-苯丙接枝共聚物则由于硅氧烷对热的敏感而形成了热稳定性很高的-Si-O-Si-键,因而表现出高温时含硅样品的热稳定性较好.3·结论1·用简单的工艺和常用的化学品,制备了硅氧烷改性的水性环氧树脂分散液及其涂料.2·当温度为55℃,改性剂氨丙基甲基二乙氧基硅氧烷用量为2%~2·5%(占环氧树脂的质量分数),所得分散液粒径小(147·2nm),贮存稳定性好(贮存期达1年以上),用该分散液制成的涂膜具有良好的耐水性、耐化学品性、柔韧性(1~2mm)和热稳定性(失重5%对应的温度为181℃)等.3·解决了水性环氧树脂分散液贮存稳定性与分散液涂膜耐水、耐化学品性间的矛盾.参考文献:[1]王德中.环氧树脂生产与应用[M].第2版.北京:化学工业出版社,2001.4.[2]朱国民,王善琦.环氧酯-丙烯酸接枝共聚物水性化的研究[J].涂料工业,1994(5):3.[3]胡慧萍,刘素琴,黄可龙,等.水基改性环氧树脂涂料的合成研究[J].湖南化工,1999,29(6):41.[4]张肇英,黄玉惠,廖兵,等.环氧树脂水基化化学改性的研究[J].广州化学,2000,25(2):7.[5]夏博文,杨军,宋洁.一种水性环氧防腐蚀涂料的研制[J].腐蚀与防护,2008,29(6):326.[6]Galliano 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自润滑聚酰胺酰亚胺漆的制备及在漆包线上的应用
胡伟;章培胜;陈浩
【期刊名称】《广东化工》
【年(卷),期】2024(51)7
【摘要】通过加入聚醚改性聚硅氧烷,改性聚酰胺酰亚胺漆,制备了自润滑聚酰胺酰亚胺漆。
研究了聚醚改性聚硅氧烷对PAI漆的粘度、固含量性能及成膜性能的影响,研究了聚醚改性聚硅氧烷对聚酰胺酰亚胺漆膜的拉伸性能、表面静摩擦力性能影响。
通过漆包工艺,在漆包线外层涂敷2 um的自润滑聚酰胺酰亚胺漆膜,分析漆包线的力学性能、电学、热学性能。
结果发现:聚醚改性聚硅氧烷的加入,降低了漆包线漆膜表面的静摩擦力,同时不影响PAI漆的粘度、固含量,不影响漆膜的拉伸性能;涂在漆包线表面,漆包线表面的静摩降低80%以上,漆包线能保持优良电学、力学、热学性能。
【总页数】3页(P37-39)
【作者】胡伟;章培胜;陈浩
【作者单位】铜陵精达特种电磁线股份有限公司;铜陵精迅特种漆包线有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM215.4
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笼型倍半硅氧烷-聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究目录1 绪论 (1)1.1 笼型倍半硅氧烷简介 (1)1.1.1 笼型倍半硅氧烷的结构及分类 (1)1.1.2 笼型倍半硅氧烷的制备 (2)1.1.3 笼型倍半硅氧烷/聚合物基复合材料的研究进展 (4) 1.2 聚酰亚胺薄膜概述 (7)1.2.1 聚酰亚胺薄膜的发展历程 (7)1.2.2 聚酰亚胺的合成方法 (9)1.2.3 聚酰亚胺的性能参数 (11)1.2.4 聚酰亚胺/纳米粒子复合材料研究进展 (13)1.3 笼型倍半硅氧烷/聚酰亚胺复合材料研究进展 (15)1.4 本论文的选题背景及研究内容 (19)2 实验材料选择与模具设计 (20)2.1 引言 (20)2.2 笼型倍半硅氧烷的选择及溶解性测试 (20)2.3 微调水平台的设计、调试 (21)2.4 亚胺化薄膜夹持框 (22)2.5 低温力学性能测试附件 (22)2.6 本章小结 (23)3 溶胶凝胶法制备PPI/G-POSS复合膜 (24)3.1 引言 (24)3.2 实验内容 (26)3.2.1 试剂与仪器 (26)3.2.2 实验步骤 (26)3.3 结果与讨论 (27)3.3.1 红外图谱分析 (27)3.3.2 热性能 (29)3.3.3 力学性能 (31)3.3.4 G-POSS/PPI复合膜断裂面的表面形貌 (33)3.4 本章小结 (35)4 溶胶凝胶法制备BPI/G-POSS复合膜 (36)4.1 引言 (36)4.2 实验内容 (38)4.2.1 试剂与仪器 (38)4.2.2 实验步骤 (38)4.3 结果与讨论 (39)4.3.1 红外图谱分析 (39)4.3.2 力学性能分析 (40)4.3.3 G-POSS/BPI复合膜断裂面的表面形貌 (42)4.4 本章小结 (44)全文总结与展望 (45)参考文献 (47)致谢 (53)攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文 (55)西南科技大学硕士研究生学位论文第 1 页1 绪论1.1 笼型倍半硅氧烷简介1.1.1 笼型倍半硅氧烷的结构及分类自1959年M ller等[1]在化学合成六甲基二硅氧烷聚合物的过程中制备得到少量六面体笼型倍半硅氧烷以来，就由于其特殊的分子结构引起了人们浓厚的研究兴趣。
八苯基倍半硅氧烷及其衍生物的合成与应用研究多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种全新思路的化学产品，近年来在国际上受到广泛的关注。
POSS一般分子式表示为(RSiO3/2)n(n≥4),它具有类似无机二氧化硅的核及有机支链,是目前唯一的杂化纳米化合物。
POSS作为一种纳米改性剂,它已经被用来制备具有优良性能的有机—无机纳米复合材料。
它可以显著改善基体的性能,这使之成为近年来纳米杂化材料的研究热点。
本文采用了有机硅单体的水解缩合,研究了制备八苯基倍半硅氧烷的条件,并进行了扩大规模的制备,取得了极高的产率。
优化了制备八硝基苯基POSS (ONPS)的反应条件,减少了苯环上多硝基化反应,并证实了所得产物的结构。
在此基础上,在Pd/C催化体系下,以ONPS为原料制备了八氨基苯基POSS (OAPS),产率及品质均高于之前使用催化体系。
OAPS与马来酸酐反应,得到八马来酰亚胺基苯基POSS (MAPS).本文将八氨基苯基POSS对异氰酸酯进行改性,八马来酰亚胺基苯基POSS对BT树脂进行改性,并对其力学性能进行了测试,结果显示随着POSS材料的加入,两种树脂的玻璃化转变温度和模量都有了明显的改变。
POSS聚酰亚胺共聚物/八苯基POSS复合材料的结构与性能研究聚酰亚胺(PI)作为一种高性能高分子材料,凭借其在电子、微电子、光电设备等领域的良好表现,在学术界与工业界备受关注。
然而,传统的芳香族聚酰亚胺的性能还不足以满足电子微电子技术的飞速发展对材料提出的种种新要求。
为了进一步改善聚酰亚胺的机械性能和电性能,多面体低聚笼型倍半硅氧烷(POSS)吸引了诸多研究者的关注。
将POSS引入聚酰亚胺基材中不仅可以提高材料的热性能和介电性能,同时还能获得更好的阻燃抗原子氧等能力。
但是含POSS的聚酰亚胺受到制备成本与单体合成工艺繁琐的限制而一直无法广泛应用。
在本文中,一种交联网状结构的聚酰亚胺被发现可以使八苯基笼型倍半硅氧烷(Ph-POSS)在没有任何化学键连的情况下获得相比于直链聚酰亚胺基材更好的分散性。
这种交联聚酰亚胺是由酸酐封端的聚酰胺酸(PAA)与交联剂八氨基笼型倍半硅氧烷(OAPS)合成制备的。
PAA和OAPS的摩尔比被严格的控制,从而研究PAA链长度对Ph-POSS分散性的影响。
Ph-POSS在聚酰亚胺基材中的分散情况通过扫描电镜(SEM)与X射线衍射仪(XRD)进行测试。
同时也对复合材料的热性能与介电性能进行了表征。
值得注意的是,随着Ph-POSS共混量的增加,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)也发生了明显的变化,对这一现象进行了着重的研究。
除了PAA链长度对Ph-POSS分散性的影响之外,PAA链柔性的影响也被研究了。
研究发现交联网状的链结构能够有效限制Ph-POSS分子在基材中的运动,从而在宏观上表现为Ph-POSS良好的分散性,而在微观上则表现为材料的Tg随Ph-POSS含量而线性变化。
相同的分子链条件下,交联密度越大,Ph-POSS的分散性越好;而相同的交联密度条件下,刚性链的基材能提供Ph-POSS更好的分散性。
八氨基倍半硅氧烷改性聚酰胺酰亚胺基润滑涂层的性能研究俞传永;陈磊;李红轩;周惠娣;陈建敏【摘要】为开发苛刻服役环境下高性能、长寿命的有机润滑涂层,以氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)为原料制备了八氨基倍半硅氧烷(NH2-POSS),并将其添加到聚酰胺酰亚胺基涂层(HM-1100A)中,研究了改性前后涂层的结构、力学性能和摩擦性能.结果表明:经NH2-POSS改性后的HM-1100A涂层相比原始涂层具有更高的硬度、内聚强度及较低的表面能,并且涂层的摩擦性能有显著提高.通过对比HM-1100A、KH550改性HM-1100A及NH2-POSS改性HM-1100A 3种涂层的热重、硬度、表面能和摩擦性能,研究了其作用机理,分析发现NH2-POSS独特的中空笼形结构和八官能团的引入有效提高了涂层的物理机械性能和摩擦性能.【期刊名称】《涂料工业》【年(卷),期】2019(049)005【总页数】8页(P8-15)【关键词】硅烷偶联剂;多面体低聚倍半硅氧烷;杂化改性;机械性能;摩擦性能【作者】俞传永;陈磊;李红轩;周惠娣;陈建敏【作者单位】中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000;中国科学院大学,北京100049;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TQ637.2有机润滑涂层主要是利用有机树脂对基材表面优良的粘结能力把分散于树脂体系中的固体润滑剂及抗磨、防腐等功能填料粘结到摩擦部件的表面上，从而起到减摩抗磨、防腐等作用［1］。
其中，树脂粘结剂是有机润滑涂层的基本组分之一，它是构成涂层的基础，其性能在很大程度上决定了涂层的附着力、强度、耐温性和固化特性等基本性能［2-3］。
近年来，聚酰胺酰亚胺（PAI）因具有突出的热稳定性、机械性能、抗辐射性和耐磨损性能，使得其在摩擦学领域受到了广泛的关注［4-8］。
目前已有大量关于PAI 基润滑涂层的研究与应用，如，通过PAI 树脂复合PTFE、二硫化钼或石墨［9-12］等固体润滑剂制备具有良好综合性能的润滑防护涂层，并在航空、航天等高技术装备中取得了广泛的应用。
但是随着现代科技的发展，发展中的高技术装备不仅服役环境越来越苛刻，同时为了满足长寿命、高可靠性的要求，对涂层的综合性能也提出了更高的要求。
因此，赋予润滑涂层更佳的综合性能是急需解决的关键问题之一。
多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）是近年来出现的一种新型的纳米结构有机/无机杂化材料，由于其独特的纳米、有机/无机杂化以及中空笼型的结构特点，具有较好的耐热性和阻燃性［13-16］。
并且POSS 可以在分子水平上对聚合物进行改性，不仅使聚合物保留了高分子材料优良的加工性、韧性与低成本等特性，同时也赋予其无机材料突出的耐热、耐氧化性、防腐性及优异的力学性能［17-19］。
与传统的物理共混改性的复合材料相比，它在结构上和性能上具有明显的优越性。
目前已有大量关于POSS 改性聚合物的研究，但是研究方向主要集中在改善聚合物整体材料的机械性能［20］、热稳定性［21］等，而针对功能涂层特别是润滑防护涂层方面的研究相对较少。
基于此，本文制备了NH2-POSS 改性HM-1100A润滑涂层，研究了改性涂层的机械性能和摩擦性能，并探讨了八氨基POSS在涂层中的作用机理。
1 实验部分1.1 实验原料聚酰胺酰亚胺（PAI）：黄色黏稠液体，固含量（30±3）%，华通瑞驰材料科技有限公司；二硫化钼：粒径≤10 μm，纯度≥98%，本溪鑫利源金属有限公司；石墨：粒径≤10 μm，纯度≥95%，上海胶体化工厂（华谊集团化原化工）；N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮、盐酸：化学纯，东方仪器化学试剂有限公司；硅烷偶联剂（KH-550）：分析纯，萨恩化学技术有限公司；八氨基 POSS 以 KH-550 为原料按照文献［22］合成，合成路线如图1所示。
图1 八氨基POSS的合成路线Fig.1 The synthesis route of NH2-POSS1.2 样品制备以KH550 为原料，采用溶胶凝胶法制备了NH2-POSS。
称取适量的二硫化钼和石墨，经球磨罐研磨48 h，加入到适量胶粘剂聚酰胺酰亚胺中，以DMF 为溶剂，经机械搅拌均匀得到HM-1100A 涂料；称取定量 HM-1100A 涂料（根据之前的工作［23］，NH2-POSS 的添加量为涂料中PAI 树脂质量的7%，并根据合成路线计算所需KH550 的质量），按比例称取原料，分别将称取好的NH2-POSS 和KH550 改性剂添加到称量好的HM-1100A 涂料中，并充分搅拌均匀，得到3 种不同的HM-1100A 涂料。
使用荷花牌喷枪将3 种涂料分别喷涂在经除油、喷砂、超声清洗等处理后的试样表面。
喷涂好的试样在室温下放置表干，然后分别在150 ℃和280 ℃下固化1 h。
采用测厚仪测得涂层固化后的厚度为30～35 μm。
1.3 结构表征采用Nexus 870 红外光谱仪（美国Nicolet 公司）对改性前后的PAI 树脂的结构进行红外分析；采用STA449F3 型同步热分析仪（德国NETZSCH 公司）对KH550 和NH2-POSS 改性前后的PAI 树脂进行热重分析（TGA），检测条件：氮气保护，升温速率为10 ℃/min，温度范围25～800 ℃；采用 JSM-5600 LV 型扫描电子显微镜（SEM）（日本电子公司）观察涂层表面、截面以及磨痕表面形貌。
1.4 性能测试采用MH-5-VM 型显微硬度计（北京沃威科技有限公司）测定涂层的显微硬度，载荷0.5 N，加载时间5 s，每个试样重复测定5 次取平均值。
采用DSA型接触角测量仪（德国KRUSS 公司）测量改性前后涂层的水接触角，水滴为5 μL，每个试样重复测量5次取平均值，测试标准GB/T 30447—2013；采用英国易高ELCOMETER 公司F506～20D 型附着力测试仪测试涂层附着力，测试标准GB/T 5210—2006；采用MicroXAM-800 型三维表面轮廓仪（美国KLATencor 仪器制造公司）测量涂层表面的粗糙度、磨痕三维形貌和磨损率；采用MHK-500A 型环-块磨擦磨损试验机（济南试验机厂）对涂层的摩擦性能进行评价，摩擦副的接触形式为线接触，其中上试样为GCr15 钢环，下试样为喷有涂层的45 钢块，环-块摩擦试验机滑动速度为2.56 m/s，载荷为320 N；采用CSM 摩擦磨损试验机（球盘式摩擦试验机，美国安东帕股份有限公司）表征了3 种涂层的摩擦性能，实验条件：钢球 6 mm，振幅 2.5 cm，速率 10 cm/s，载荷5 N。
2 结果与讨论2.1 NH2-POSS改性PAI树脂的结构表征NH2-POSS 的红外光谱和29Si 核磁共振波谱如图2所示。
图2 八氨基POSS的红外光谱和29Si核磁共振波谱Fig.2 FT-IR and 29Si NMR spectra of NH2-POSS由图2（a）可以看出，在1 109 cm-1处出现最强的吸收峰，是典型的Si—O—Si 骨架的典型的伸缩振动吸收峰；779 cm-1 处的吸收峰是由Si—C 键的伸缩振动产生的；3 465 cm-1为N—H 的伸缩振动吸收峰。
产物的红外光谱和NH2-POSS 的结构是相对应的，说明合成的产物为NH2-POSS。
图（2b）中，产物的29Si 核磁谱只有一个峰，Si 所处的化学环境只有一种，说明产物为完整的笼形结构，得到的产物为NH2-POSS。
KH550 和 NH2-POSS 改性 PAI 前后的红外光谱如图3所示。
图3 改性前后3种PAI树脂的红外光谱Fig.3 FT-IR curves of three kinds ofPAI resins由图3 可以看出，PAI 树脂在 3 100～3 550 cm-1处出现酰胺酸基团的特征谱带和1 730 cm-1处的羰基基团的特征谱带，并且在其附近1 779 cm-1和1 720 cm-1处出现了明显的酰亚胺环中C=O 双键的吸收峰，并且在1 378 cm-1处出现了酰胺中碳氮键的吸收峰，说明了聚酰胺酸在固化后生成了明显的酰亚胺环［24］。
在引入 KH550 和 NH2-POSS 后，在 3 444 cm-1 处的PAI 树脂的特征单峰明显变为了2 个峰，这是由于改性剂中的氨基与PAI 中羧基发生反应，生成了酰胺导致双峰的出现，并且相对于PAI 树脂，KH550 和NH2-POSS改性后的PAI树脂在 1 109 cm-1和1 378 cm-1处硅氧硅键和碳氮键的吸收峰强度明显增强。
因此可以得出，KH550 和NH2-POSS 在改性PAI中确实发生了化学反应［25-26］。
通过热重分析表征了KH550 和NH2-POSS 改性对PAI热学性能的影响。
改性前后3种PAI树脂的热重曲线如图4所示。
图4 改性前后3种PAI树脂的热重曲线Fig.4 TGA curves of three kinds of PAI resins由图4可以看出，PAI本身具有良好的热稳定性，但是KH550 和NH2-POSS 的引入均提高了PAI 的热稳定性［27］。
但是通过对其进行特定温度段250～500 ℃下的热重曲线进行分析，可以发现在300 ℃后，热重曲线出现了明显的区别，此时相比于PAI树脂和添加 KH550 的 PAI，NH2-POSS 改性 PAI 树脂的热失质量速率明显降低。
这是因为NH2-POSS 与分子链交联形成的交联网络结构会阻碍分子链段运动，减缓分子链分解断裂速度，从而提高了其热稳定性［28］。
但是，在430 ℃时添加KH550 的PAI 出现了不同，相较于PAI树脂，热失质量曲线变缓。
并且从最后的剩余量来看，KH550 和NH2-POSS 改性后确实提高了PAI 的热稳定性，但是NH2-POSS 改性的效果更加显著。
2.2 改性HM-1100A涂层的表面性能通常有机润滑涂层的摩擦性能会受到涂层的力学性能和表面能等诸多因素的影响。
因此对比研究了 KH550 和 NH2-POSS 对 HM-1100A 涂层硬度、内聚强度和水接触角等性能的影响，结果如表1 所示。
由表1 可以得出，HM-1100A 涂层的硬度约为38Hv，添加KH550 后涂层的显微硬度值为41Hv，硬度变化幅度不大；而添加NH2-POSS 改性后，涂层的硬度增大到了48Hv，涂层的硬度明显提高。
