论文部分内容阅读
聚酰亚胺(PI)作为一种综合性能优异的工程塑料，其具有优异的机械性能、自润滑性能、耐高温性能和耐溶剂性能。近年来不断受到重视，常以齿轮、轴套、活塞环等摩擦配件的形式被广泛应用于航天、航空、汽车，电子电气等领域。然而，纯PI磨损率比较大，进而限制了其在摩擦领域的应用。为了满足各领域对高性能耐磨性PI摩擦材料的需求。国内外学者针对PI的改性展开了大量的研究，特别以其为基体的复合材料在摩擦学领域的应用成为研究热点之一。 影响聚合物复合材料摩擦磨损行为的主要因素包含内部因素和外部因素两个方面。内部因素包括填料物性，分布等，外部因素包括摩擦条件、工况条件、环境气候。对偶件性质等。目前，对聚酰亚胺及其复合材料摩擦磨损性能研究，大多是针对单方面因素，缺乏系统性。 为此，本文以PI复合材料为研究对象，分别从外部环境，内部环境系统的对复合材料摩擦磨损性能进行研究。同时，针对PI纳米复合材料摩擦过程中摩擦系数曲线的变化，提出了一种新的聚合物纳米复合材料相分散均匀性表征方法。具体工作如下: (1)采用原位聚合法制备了凹凸棒土(简称凹土AT)/聚酰亚胺纳米复合材料，考察了纳米复合材料的力学性能、在干摩擦、水润滑和油润滑三种情况下的摩擦磨损性能，并利用扫描电子显微镜观察了磨损表面形貌。结果表明:凹凸棒土质量分数为3％时，复合材料的拉伸强度最好，随着纳米颗粒含量的增加，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率出现了明显的下降，而弹性模量一直呈现上升趋势;在干摩擦条件下，低含量的纳米颗粒有助于转移膜的形成，可以有效改善材料的摩擦性能;在水润滑下，由于水的溶胀和冷却作用，摩擦系数较干摩擦降低了一个数量级;在油润滑下，润滑油的流动性有助于纳米颗粒分布到整个摩擦表面，材料的摩擦系数及磨损率有明显降低，相比于干摩擦和水润滑的磨粒磨损，此时磨损机制以疲劳磨损为主。 (2)选取质量分数为3％凹凸棒土/聚酰亚胺复合材料作为研究对象，通过正交实验设计和方差分析系统考察了工况（对偶面粗糙度、滑动速度和载荷）在水润滑条件下对凹凸棒土改性聚酰亚胺摩擦磨损行为影响。通过电子显微镜(SEM)观察其磨损表面形貌分析材料磨损机制。研究表明:凹土含量为3％时，随着对偶面粗糙度增加，易产生磨粒磨损，导致形成的转移膜不平整，摩擦系数和磨损率都增加，随着载荷的增加，材料磨损率增加而摩擦系数降低。随着滑动速度的增大，材料磨损率增加，摩擦系数出现先增大后降低的趋势。排除表面粗糙度的干扰，方差分析表明载荷，速度对材料磨损行为影响显著。 (3)针对PI纳米复合材料摩擦过程内部环境影响研究中，发现填料的分布状况不同，PI纳米复合材料的摩擦系数波动明显。本文对这种现象深入分析。结果表明:对于分散相不均匀的复合材料，在其摩擦过程中纳米颗粒稀少区域和纳米颗粒团聚区域会交替出现。分散相稀少区域成为摩擦界面时，转移膜形成不完整，摩擦系数较高，分散相集中区域成为摩擦界面时，转移膜形成良好，摩擦系数则较低。通过表征材料的摩擦系数可以较准确的反映出其内部纳米颗粒的分散程度。