雜萘聯(lián)苯聚芳醚薄膜的制備及其摩擦性能研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)由于其體積微型化所帶來的微/納尺寸上粘著失效和摩擦磨損等問題成為影響其性能和穩(wěn)定性的重要原因。本論文針對改善MEMS表面潤滑薄膜的機(jī)械性能、抗磨損性能并使其更適合高溫工況條件，采用具有較高機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性、良好的溶解性及成膜性的雜萘聯(lián)苯聚芳醚(PPEK和PPEN)樹脂為基體，通過對此類聚合物進(jìn)行化學(xué)改性，在聚合物分子主鏈中引入了反應(yīng)性官能團(tuán)，分別經(jīng)過溶膠-凝膠法和分子自組裝技術(shù)在玻璃基片表面制備了潤滑薄膜，對薄膜

2、的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，并考察了薄膜的摩擦學(xué)性能。 本文以NaBH4為還原劑對含有二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)聚芳醚酮(PPEK)進(jìn)行羥基化改性，研究了反應(yīng)時間、溫度、溶劑及反應(yīng)物濃度對還原反應(yīng)的影響，并討論了反應(yīng)動力學(xué)。通過測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、水接觸角和溶解性，研究了還原后聚合物(HPPEK)的性能變化。結(jié)果表明，HPPEK隨羰基還原程度的提高，其Tg逐漸升高，親水性能增強(qiáng)。HPPEK分別與異氰酸酯基硅烷偶聯(lián)劑(ICPTES)和環(huán)氧基

3、硅烷偶聯(lián)劑(GPTMS)反應(yīng)，得到了含有無機(jī)硅氧烷官能團(tuán)的聚合物(即PKCS和PKGS)。與HPPEK.相比，PKCS和PKGS的Tg顯著升高，疏水性能增強(qiáng)。PKCS和PKGS由于發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而導(dǎo)致溶解性下降。 通過對雜萘聯(lián)苯聚芳醚腈(PPEN)進(jìn)行親水改性，使之獲得具有活性反應(yīng)基團(tuán)(羧基)的樹脂(HPPEN)，研究了反應(yīng)時間、溫度、溶劑及反應(yīng)物濃度對水解反應(yīng)的影響，并討論了反應(yīng)動力學(xué)。HPPEN經(jīng)?；磻?yīng)后，利用胺基硅烷偶聯(lián)

4、劑(APTES)對其進(jìn)行化學(xué)修飾，得到了含有無機(jī)硅氧烷官能團(tuán)的樹脂(PNAS)，其熱性能、親水性和溶解性與PKCS和PKGS相似。 采用浸涂法在玻璃基片表面制備了含硅氧烷官能團(tuán)聚芳醚fPKCS、PKGS和PNAS)/SiO2雜化薄膜。通過對雜化薄膜表面進(jìn)行表征和形貌分析，證實了玻璃基片表面雜化薄膜的存在。雜化薄膜修飾的基底具有很好的減摩抗磨性能，當(dāng)載荷為50 mN及100 mN時，雜化薄膜的穩(wěn)定摩擦系數(shù)為0.1左右，且摩擦5 h

5、后摩擦系數(shù)變化不大。薄膜的摩擦失效機(jī)理主要為疲勞磨損。 含二氮雜萘酮結(jié)構(gòu)聚芳醚(PPEK、PPEN)高性能樹脂經(jīng)過化學(xué)改性后，在聚合物分子主鏈中引入了反應(yīng)性基團(tuán)(羥基、羧基和硅氧烷基團(tuán))，利用短鏈分子自組裝技術(shù)在玻璃基底表面通過“接枝到”的方式制備了“橫向”排列的聚合物自組裝薄膜。含雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)聚芳醚自組裝薄膜在較短時間內(nèi)(1 h)其厚度和水接觸角即可達(dá)到穩(wěn)定值。利用橢圓偏振光法和SEM觀測，聚芳醚自組裝薄膜的厚度在100 nm

6、左右。根據(jù)聚芳醚自組裝薄膜的水接觸角在逐步升溫過程中的變化，發(fā)現(xiàn)聚芳醚自組裝薄膜在300℃以內(nèi)能夠保持較好的疏水性(薄膜具有較好的完整性)，其結(jié)果與聚合物材料自身的熱穩(wěn)定性具有很好的一致性。玻璃基底經(jīng)過聚芳醚自組裝薄膜修飾后表現(xiàn)出較好的減摩抗磨性能，在100 mN載荷下，聚芳醚自組裝薄膜的摩擦系數(shù)約為0.1，且在較長時間范圍內(nèi)(1800s)摩擦系數(shù)變化不大。聚芳醚自組裝薄膜的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而逐漸變大；隨滑動速度的增加而下降。含雜