论文部分内容阅读
随着空间技术的发展，空间任务对摩擦学的需求持续增长。运动机构的良好润滑是保证航天器高效可靠运行的关键技术之一。聚合物材料具有质轻、强度高、耐高温、耐辐射等优点，并具有良好的力学性能和摩擦学性能，被广泛应用于空间科学领域。本论文以聚酰亚胺和聚四氟乙烯为基体，研究了真空和低温对两种聚合物材料摩擦学性能的影响规律，为了揭示其影响机制，考察了取向聚四氟乙烯的摩擦学性能，并进一步考察了油润滑条件下高低温交变环境对聚酰亚胺和聚四氟乙烯摩擦学性能的影响，主要结论如下: 1.系统研究了聚酰亚胺和聚四氟乙烯及其复合材料的真空摩擦学性能。研究结果表明，随真空度增加，聚合物材料更易于在对偶形成转移膜，使得摩擦系数降低。由于真空环境缺少散热介质，导致摩擦界面材料发生粘着，摩擦系数随滑动速度增加而增大。 2.考察了低温对聚酰亚胺和聚四氟乙烯真空摩擦学性能的影响。结果表明，室温时聚酰亚胺和聚四氟乙烯的摩擦系数均高于其在低温时的摩擦系数。低温聚合物硬度增加，摩擦副之间的实际接触面积减小，使得摩擦系数降低。随着温度降低，由于聚合物分子链的运动能力减弱，不易于从基体剥离，因此，材料的磨损率均降低。当试验温度远低于聚合物的玻璃化转变温度时，其摩擦系数与速度无关。 3.采用热拉伸的方法成功制备了取向聚四氟乙烯，考察了拉伸比对取向聚四氟乙烯摩擦磨损行为的影响，以及取向聚四氟乙烯的微观摩擦学性能，并比较了取向聚四氟乙烯在室温氮气和液氮环境下的摩擦学性能。实验结果表明，取向聚四氟乙烯的摩擦学性能具有各向异性，沿平行方向摩擦的摩擦系数小于沿垂直方向。另外由于液氮环境自身流动性以及热传递使得其与真空以及氮气环境不同，而且PTFE分子间的作用力为色散力，色散力随温度降低而增大，因此低温下沿垂直于PTFE取向方向摩擦时不易发生摩擦诱导取向，液氮中的摩擦系数高于室温氮气中的摩擦系数。 4.系统开展了油润滑条件下聚酰亚胺真空摩擦学性能的研究。结果表明，室温时CPSO和Fomblin M30润滑条件下聚酰亚胺具有良好的减摩抗磨性能，随着温度升高油润滑条件下聚酰亚胺的摩擦系数降低，磨损率增加。分析认为，这是由于随着温度升高，润滑油的粘度降低，流动性变好，有利于铺展在聚酰亚胺表面，起到很好的润滑作用，使得摩擦系数降低;同时，温度升高使得聚酰亚胺材料开始变软，分子链的活动性增强，易于从基体脱离，因此磨损率升高。高温时，在摩擦热及环境温度的作用下，Fomblin M30与聚酰亚胺基体发生了摩擦化学反应。 5.考察了油脂润滑条件下温度对聚四氟乙烯及其复合材料真空摩擦学性能的影响。结果表明，由于Fomblin M30润滑油与聚四氟乙烯具有相似的化学结构，复合体系的润滑性能由润滑油在聚四氟乙烯表面的铺展状态决定，摩擦系数随温度的升高而降低;而CPSO润滑时，聚四氟乙烯及其复合材料的摩擦系数不随温度升高而变化。随着温度的升高，润滑脂经历了固态到半固态再到流体的转变，因此PTFE及其复合材料的摩擦系数也随之降低。200℃下进行摩擦时，PTFE和MoS2起主要的润滑作用。