摘要：目的研究单层氮化硼（Single-layerBoronNitride,SBN）对聚丙烯（Polypropylene,PP）力学性能和摩擦性能的影响。方法首先利用超声剥离和硅烷偶联剂KH550表面改性方法制得SBN，用高速混合机将PP、马来酸酐接枝聚丙烯（PP-gMAH）和SBN混合均匀；然后利用注塑机通过熔融共混，制备PP/SBN复合材料。结果当SBN质量分数低于1.6%时PP/SBN的表面硬度和耐磨性能得到了进一步改善；当SBN质量分数高于1.6%时，PP/SBN的力学强度和摩擦性能降低；当SBN质量分数为1.6%时，PP/SBN的拉伸强度和冲击强度分别达到最大值（35.27MPa,34.69kJ/m2），较纯PP分别提高了10.7%,18.8%。此时，PP/SBN的摩擦因数和磨损率较纯PP分别降低了15.1%,32.4%。结论当SBN质量分数为1.6%时，对PP具有增强增韧作用，复合材料的力学性能和耐磨性能都得到明显提高。

关键词：聚丙烯；单层氮化硼；摩擦性能；汽车零部件

聚丙烯（PP）作为一种重要的热塑性聚合物，产量位居通用塑料第3位，具有质轻、成本低廉、抗挠曲性良好且易加工等优点，可应用于汽车零部件等产品的包装材料、家电以及建筑材料等领域。由于PP存在低温易脆、自身磨损率大、表面易划伤以及易老化发黄等缺点，因此限制了其在工程领域的大范围推广[1—2]。此外，应用于汽车零部件包装领域、汽车装饰以及塑料齿轮等特殊场合的PP还要求具有一定的耐磨特性[3—6]，因此，针对PP摩擦性能的研究也非常重要。

氮化硼作为一种非氧化物材料，晶体结构为类石墨结构，其硬度、热稳定性和化学稳定性与金刚石相近，并且具有高导热系数、抗氧化性、自润滑、耐腐蚀性以及高抗热震性等特性，广泛应用于高比强度复合材料、高性能航空摩擦材料、特种光电材料以及半导体材料等领域，被认为是最具潜能的材料之一。氮化硼的结构有以下特点，上下六角网格的原子互相对齐，相邻原子为异种原子，构成层状排列，层与层之间以较弱的范德华力结合，很容易相对滑移。氮化硼具有多种优良特性，针对SBN性能的研究将显得更具有研究价值[7—9]。文中首先利用超声剥离方法制得SBN，然后再利用熔融共混法制备PP/SBN复合材料。随后在填充SBN的条件下，探讨PP复合材料的摩擦磨损机制和力学性能，为PP复合材料在汽车零部件包装上的应用提供一定的理论依据。

1实验

1.1原料

主要原料：蓖麻油；聚丙烯（FB82N），熔体流动指数为3.0g/10min（温度为230℃，负载为2.16kg），东莞市汉腾塑胶原料有限公司；氮化硼，平均粒径小于5mm，潍坊邦德特种材料公司；马来酸酐枝聚丙烯（WJ-5D98）东莞市樟木头金运来塑胶原料公司；偶联剂KH550，级别为BR，广州潮顺化工有限公司；分析级无水乙醇，天津化工原料有限公司。

1.2主要设备及仪器

主要设备：MA900注塑机，海天塑机集团有限公司；YM-040S超声仪，亿贝贸易(深圳)有限公司；DHG-9053A真空干燥箱，上海和呈仪器制造有限公司；WDW-200电子万能试样机，济南新试金试验机

有限责任公司；SHR10A混合机，张家港亿塑机械有限公司；QG-700摩擦试验机，兰州中科凯华科技有

限公司；HR2150A型硬度计；JEM-2200FS透射电镜，日本；ZBC7000冲击试验机，美特斯工业系统（中

国）有限公司。

1.3样品的制备

在500mL的烧杯中加入300mL质量分数为99%的无水乙醇并滴加3g硅烷偶联剂KH550，经50℃水浴、20min搅拌后，再加入100g氮化硼粉末，继续搅拌2h；然后在功率为40W的条件下超声分散30min后，放入转速为7000r/min的离心机中离心分离15min；随后收集悬浮液并做冷冻干燥处理，最终得到的固体白色粉末为SBN[8—11]（质量约为82.6g，产率约为82.6%）。文中将采用熔融法制备PP/SBN复合材料。将物料（见表1）于温度为85℃的真空干燥箱中干燥4~5h，并按照表1的配比称取物料加入高速混合机中，同时滴加蓖麻油（物料与蓖麻油的质量比为200∶1）；混合20min后，将混合均匀后的物料加入注塑机（注塑机1区、2区、3区、喷嘴的温度分别为190,210,230,230℃），利用模具注塑成标准测试样条。

1.4样品的测试

1）冲击强度测试。根据GB/T1843—2008，样品规格为80mm×10mm×4mm，每组样品测试结果为随机5个试样取平均值（无缺口）。

2）拉伸强度测试。根据GB/T1040.1—2006，样品为哑铃型，拉伸速率为2mm/min，每项测试5个试样取平均值。

3）洛氏硬度测试。根据GB/T9342—1988，压头钢球直径D为12mm，加载时间为20s，压力为588N。

4）摩擦性能测试。在QG-700摩擦试验机上测试复合材料的摩擦、磨损性能，偶件为GCr15（外径尺寸为40mm）不锈钢环；样条尺寸：30mm×6mm×7mm；试验条件：室温、干摩擦条件下，载荷为200N，

时间为30min，摩擦副滑动速度为0.4m/s。试验前，试样经900目水砂纸打磨处理，样品表面的平均粗糙度Ra为0.1~0.18μm，实验结果为5次结果的平均值。

2结果与分析

2.1单层结构氮化硼的表征

BN剥离前、后的TEM照片分别见图1a，1b。由图1a，1b可知，BN剥离前为多层状排列的类石墨

结构，随后被剥离成几乎透明的片状，因此可以说改性得到的白色粉末为SBN。

2.2复合材料的力学性能

SBN的质量分数对PP/SBN复合材料冲击强度和拉伸强度的影响见图2。从图2中可以看出，SBN对

PP的拉伸强度和冲击强度具有增强作用。当SBN的质量分数为1.6%时，复合材料的拉伸强度达到最大