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为了弥补聚甲醛(POM)导热系数较低,热稳定性差的不足,拓宽其在复杂环境中的应用,本文利用泡沫铝(AF)与POM结合制备了结构相互贯穿的AF/POM复合材料,同时对互穿复合材料进行了一系列微结构调控,以改善互穿相的性能及两相界面结合。本文针对POM相,利用静电自组装法制备了纳米氧化铝(αAl2O3,α晶型)和磺化石墨烯(S-GNS)复合体(S-GNS-αAl2O3),并对POM进行填充改性;针对AF相,采用电沉积等方法在AF孔洞表面分别制备了 KH-550、氧化石墨烯(GO)、S-GNS、石墨烯(GS)四种涂层,采用注塑成型法制备了含有不同类型涂层的AF/改性POM互穿复合材料,并研究了其导热性能和摩擦学性能,通过扫描电镜、XRD、FT-IR等测试手段,对互穿复合材料的导热机理和摩擦磨损机理做了进一步探究。主要研究内容如下:(1)确定了 S-GNS及S-GNS-αAl2O3复合体的化学组成、物质结构及性质。亲水性的磺酸基团(-SO3H)成功接枝在S-GNS碳原子平面上;与GO和GS相比,S-GNS片层间距最大为1.3 8nm,在水中的分散性和稳定性最优;而在S-GNS-αAl2O3复合体中S-GNS与αAl2O3通过物理作用结合在一起,且S-GNS降低了αAl2O3的表面能,改善了αAl2O3的团聚现象。(2)探明了 S-GNS-αAl2O3复合体中αAl2O3与S-GNS的协同作用对POM导热性能和摩擦学性能的影响。S-GNS-αAl2O3/POM的导热系数随S-GNS-αAl2O3复合体含量的增加而增大。S-GNS发挥了自身传递热量的作用,改善了αAl2O3与POM的界面结合;αAl2O3则发挥了小尺寸效应及高导热填料特性。S-GNS-αAl2O3复合体的加入降低了POM复合材料的摩擦系数和磨损量,5%S-GNS-αAl2O3/POM复合材料(POMc)的摩擦系数为0.276,磨损量仅为32mg,其磨损形式主要为粘着磨损和犁沟切削,摩擦学性能最优。(3)探明了 AF表面涂层的制备工艺和结构特征。在电沉积电压15V、溶液浓度为0.1mg/mL、沉积时间5min的条件下,可在AF孔洞表面成功制备平整的GO和S-GNS涂层;各种类型涂层均通过物理吸附方式与AF相结合,没有形成新的化学键。(4)总结了不同类型涂层对AF/POMc互穿复合材料导热性能和摩擦学性能的影响规律。涂层作为界面过渡层有效改善了 AF/POMc复合材料的导热性能,其中S-GNS-AF/POMc互穿复合材料导热系数最高为2.25W/(m·K)。涂层改性的AF/POMc复合材料摩擦系数和磨损量降低明显,其中S-GNS-AF/POMc摩擦系数最小为0.34,磨损量为82.2mg,比AF/POMc分别降低了 10.3%和42.1%,S-GNS起到了均化摩擦及传递摩擦热的作用,提高了材料的热稳定性。(5)探明了涂层对AF/POMc互穿复合材料两相界面结合的影响。含有涂层的复合材料两相界面结合良好,无裂纹等缺陷;涂层完整的穿插在两相界面中,可以有效减小界面热阻,从而提高复合材料导热性能。(6)模拟分析了涂层对AF/POMc互穿复合材料热量传递的影响。S-GNS-AF/POMc复合材料内部温差小于未含涂层的AF/POMc,且S-GNS涂层大量增加了热流路径,高热通量区域集中在涂层部分,提高了复合材料热导率。