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摘 要

聚酰亚胺具有优异的绝缘性、热稳定性、耐辐射、耐腐蚀以及高强度高硬度等优点，所以被广泛用于航空航天、微电子、液晶、纳米等高端领域。但是纯聚酰亚胺材料摩擦系数较大，磨损率较高，因此不适合作为耐磨材料直接使用。本文以尿素为原料合成填料石墨相氮化碳(g-C₃N₄），后以均苯四甲酸二酐(PMDA)、4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、二甲基乙酰胺(DMAc)和石墨相氮化碳(g-C₃N₄）为原料合成聚酰亚胺复合材料。采用傅里叶红外仪、X射线衍射仪对其结构和组成进行研究，采用热重分析仪研究材料的热稳定性，采用电子万能试验机研究材料的力学性能，采用摩擦磨损试验机研究材料的摩擦学性能。结果表明，通过在聚酰亚胺基体中引入石墨相氮化碳(g-C₃N₄）可以明显提高复合材料的力学性能、热稳定性和摩擦学性能，当氮化碳含量10 %时，复合材料的热稳定性较好，磨损率较低。

关键词 聚酰亚胺 石墨相氮化碳 摩擦磨损 复合材料

ABSTRACT

Polyimide is widely used in aerospace, microelectronics, liquid crystal, nanometer and other high-end fields because of its excellent insulation, thermal stability, radiation resistance, corrosion resistance and high strength and high hardness. However, the pure polyimide material has high friction coefficient and high wear rate, so it is not suitable for direct use as wear resistant material. In this article, carbon nitride (g-C₃N₄) in graphite phase was synthesized with urea as raw material, and polyimide composite was synthesized with PMDA, ODA, DMAc and carbon nitride (g-C₃N₄) as raw materials. Fourier infrared spectrometer and X-ray diffractometer were used to study the structure and composition of the material, thermogravimetric analyzer was used to study the thermal stability of the material. Electronic universal testing machine was used to study the mechanical properties of the material, and friction and wear tester was used to study the tribological properties of the material. The results show that the mechanical properties, thermal stability and tribological properties of the composite can be obviously improved by introducing graphite phase carbon nitride (g-C₃N₄) into polyimide matrix. When the content of carbon nitride is 10%, the thermal stability of the composites is better and the wear rate is lower.

KEYWORDS Polyimide ; Graphite phase carbon nitride ; Friction and wear ; composite

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1聚酰亚胺简述和应用 1

1.1.1聚酰亚胺的简单介绍 1

1.1.2聚酰亚胺的应用 1

1.2摩擦学性能研究 2

1.2.1摩擦学性能研究的意义 2

1.2.2复合材料摩擦学性能研究进展 2

1.2.3复合材料摩擦学应用 4

1.3聚酰亚胺摩擦学性能影响因素 4

1.3.1载荷与转速 5

1.3.2温度 5

1.3.3材料性质 5

1.4石墨相氮化碳/聚酰亚胺复合材料的研究 5

1.5本文研究的目的和内容 7

第二章 实验部分 8

2.1实验原料及器材 8

2.1.1实验原料 8

2.1.2实验设备 8

2.2实验流程及复合材料的制备 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1复合薄膜的红外光谱分析 10

3.2复合薄膜的XRD分析 11

3.3复合薄膜的力学性能分析 12

3.4复合薄膜的热重分析 13

3.5复合薄膜的摩擦磨损性能研究 14

第四章 结论 15

参考文献 16

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1 聚酰亚胺简述和应用

1.1.1 聚酰亚胺的简单介绍

聚酰亚胺简称PI，这种高分子材料的结构特点之一就是在它的主链中含有关键的酰亚胺基团^[1]。我们知道一般材料的性能越是优秀，且含有的特征越多，它所适用的范围也越大，聚酰亚胺正是这样的一种塑料，它可用于一些其他材料无法适用的地方。它也是迄今为止所有高分子材料中热稳定性最强的品种之一，可耐400 ℃以上的高温。聚酰亚胺高分子材料因为它具有优异的绝缘性、耐热氧化性、耐辐射、耐腐蚀以及高强度高硬度等优点，所以被广泛用于航空航天、微电子、液晶、纳米等高端领域^[2]，这是其他高分子聚合物所无法比拟的。因为直链聚酰亚胺不仅难于合成而且也没有实用性，本文主要研究环状聚酰亚胺，它是一种含氮的杂环聚合物。

图1-1 聚酰亚胺的基本结构

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