纳米ZrO_2和聚醚醚酮填充聚四氟乙烯的摩擦学性能基于环-块摩擦模型的演变过程

用不同体积分数的纳米ZrO_2和聚醚醚酮(PEEK)颗粒填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。使用环-块摩擦磨损试验机测试PTFE复合材料在滑动速度为2 m/s、载荷为200 N的试验条件下的摩擦学性能。获取不同阶段摩擦学性能的数据,计算出在整个试验过程中样品的瞬时磨损率。利用扫描电镜观察不同试验阶段对偶钢环表面形貌的变化图像并进行分析。利用仿真模拟软件(ABAQUS)对摩擦过程中PTFE复合材料的接触应力变化进行分析。结果表明,纳米ZrO_2和PEEK颗粒可以协同改善PTFE复合材料的摩擦学性能。特别是添加8%的纳米ZrO_2和20%的PEEK能使PTFE复合材料同时获得最佳的耐磨性(1.29×10~(-6) mm~3/Nm)和较低的摩擦系数。在摩擦试验的后期PTFE复合材料的瞬时磨损率突然急剧上升。根据瞬时磨损率、磨损表面、转移膜形貌和磨屑形态特征的变化规律,将整个磨损过程分为3个阶段(低磨损阶段、过渡磨损阶段和严重磨损阶段)。     

PEEK与纳米SiO_2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

通过机械共混、冷压成型、烧结的方法制备聚醚醚酮(PEEK)与纳米Si O2颗粒共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料试样。利用MRH-3型环-块摩擦磨损实验机对不同配方比例的复合材料在不同实验条件下进行摩擦学性能实验。利用扫描电镜对试样磨损后的摩擦表面形貌和钢环表面的转移膜进行观察和分析。结果表明,填充5%PEEK的PTFE复合材料的摩擦系数达到最低值;10%PEEK/PTFE复合材料中添加不同体积比的纳米Si O2填料可以显著地降低材料的体积磨损率,其中5%Nano-Si O2/10%PEEK/PTFE复合材料的体积磨损率最小;载荷和速度的变化对Nano-Si O2/PEEK/PTFE复合材料的摩擦磨损性能的影响显著,而环境温度的变化对该复合材料的摩擦系数与磨损率的影响不明显。     

PEEK与纳米TiO_2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

采用高速机械搅拌的方式充分混合原料,然后用模具将混合好的材料冷压成型,再通过一定的烧结程序制备不同体积含量的聚醚醚酮(PEEK)和纳米TiO2协同填充改性的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料试样。利用MRH-3摩擦磨损实验机在不同实验条件下对试样进行摩擦学性能的测试。磨损后用QuantaFEG450扫描电镜对钢环表面的摩擦形貌进行观察与分析。实验结果表明,填充PEEK可大幅降低PTFE复合材料的体积磨损率,但复合材料的摩擦系数却随PEEK含量的增加而表现出逐渐上升的趋势。用不同含量的纳米TiO2填充10%PEEK/PTFE,摩擦系数和体积磨损率都表现出随纳米TiO2含量的增加而逐步上升的趋势,其中2%Nana-TiO2/10%PEEK/PTFE复合材料的摩擦系数和体积磨损率最小。当滑动速度和载荷分别超过2m/s和200N后对复合材料的磨损率有显著地影响,而环境温度在25~120℃范围内变化对磨损率和摩擦系数的影响均不明显。     

纳米Al_2O_3/聚苯硫醚改性聚四氟乙烯复合材料摩擦特性

使用MRH-3型环-块摩擦磨损试验机在不同实验条件下对纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)与聚苯硫醚(PPS)共混改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损状况进行了测试并在线测量了摩擦表层瞬时温度。采用扫描电镜对磨损表面形貌和转移膜形貌进行了观察与分析。结果表明,复合材料摩擦磨损特性与纳米粒子含量及摩擦表层温度有关;3%(体积分数)Nano-Al_2O_3/PPS/PTFE复合材料的耐磨性最佳;摩擦过程中表层瞬时温度呈现3个阶段:线性升温、温度缓慢变化和稳定阶段,且升温幅度随Nano-Al_2O_3含量的增加而增大;当载荷和速度分别超过200 N和2 m/s时,复合材料磨损率与摩擦表层温度均大幅上升,但摩擦热平衡所需时间却大幅缩短,此时摩擦表面形貌与转移膜形貌均发生明显变化;当环境温度在25~140℃变化时复合材料摩擦性能变化不显著。     

仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16 m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。     

CaCO3晶须和PTFE对PEEK干摩擦性能的影响

用热压成型法制备CaCO3晶须和聚四氟乙烯(PTFE)填充的聚醚醚酮(PEEK)自润滑复合材料,研究了干摩擦条件下复合材料和45#钢环配副的摩擦磨损性能,并与纯PEEK进行了比较.结果表明:CaCO3晶须和PTFE明显改善了PEEK复合材料的减摩、耐磨和承载性能,其摩擦系数比纯PEEK降低约1/2,耐磨性提高27倍;摩擦稳定性显著提高,极限承载能力比纯PEEK提高1倍以上.CaCO3晶须降低了复合材料摩擦表面粘着、犁削和热变形,PTFE有助于复合材料在偶件表面形成连续、均匀的转移膜.PEEK自润滑复合材料的磨损机制主要是轻微的粘着和疲劳磨损.     

填充纳米氧化铝对氢化丁腈橡胶摩擦磨损行为的影响

以采油单螺杆泵定子常用材料氢化丁腈橡胶(HNBR)为研究对象,改性纳米氧化铝(Al_2O_3)为填充剂,实验研究了填充不同粒径氧化铝对橡胶材料的交联密度、耐原油溶胀性能和摩擦磨损性能的影响,并分析了Al_2O_3对HNBR材料的补强机理。结果表明,填充纳米氧化铝的HNBR材料的交联密度、耐原油溶胀性能均有所提高,且交联密度和耐原油溶胀性能随Al_2O_3粒径的减小而提高;摩擦磨损试验结果表明,填充纳米氧化铝后,HNBR材料的摩擦系数和体积磨损率降低,且摩擦系数和体积磨损率随着填充Al_2O_3粒径的减小而减小,即填充10 nm Al_2O_3的HNBR材料耐磨性较好。纳米氧化铝补强HNBR机理是填充Al_2O_3后形成了以Al_2O_3为交联点的交联网络以及Al_2O_3表面的不饱和基团自聚后形成的大分子链与HNBR分子链互穿缠绕形成类似互穿聚合物的网络结构。     

超疏水复合涂层的制备和性能研究

采用大气等离子喷涂工艺(APS)制备了双层Al_2O_3/PTFE复合涂层和单层Al_2O_3-PTFE复合涂层两种涂层结构体系的疏水复合涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)、3D表面形貌仪、显微硬度计、接触角测试仪和摩擦磨损试验机分别表征了复合涂层的微观形貌、相组成、粗糙度、硬度、疏水性能以及耐磨性能。评价复合涂层的性能并进而研究了Al_2O_3陶瓷作为粘结层和硬质颗粒填充相以及工艺参数对复合涂层的疏水性能和耐磨性能的影响。结果表明:无论Al_2O_3陶瓷作为粘结层还是硬质填充相添加到涂层中,都显著提高了单一PTFE涂层的摩擦学性能。Al_2O_3-PTFE复合涂层的耐磨性能优于Al_2O_3/PTFE复合涂层,两复合涂层的磨损率和摩擦系数依次为2.84×10~(-5)mm~3/N·m、9.97×10~(-5)mm~3/N·m和0.51、0.38;复合涂层的表面都具有良好的疏水性能,与水的静态接触角分别为155.4°和148.9°。良好的疏水性能源于表面粗糙的微纳米级突起结构和表面存在密集分布的低表面能氟化物的协同作用。进行摩擦磨损试验后表面的突起结构受到一定的破坏,涂层的疏水性能有所下降,但是Al_2O_3/PTFE复合涂层仍然具有超疏水性。     

基于正交设计的纳米蛇纹石-纳米氧化镧/聚四氟乙烯复合材料在沙尘环境下的摩擦学性能

以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,采用正交实验法研究了纳米蛇纹石(nano Serpentine)、纳米氧化镧 (nano La₂O₃)和环境三种因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料摩擦学性能的影响。采用自制沙尘模拟装置改进现有的 MMU-5G摩擦磨损试验机对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料进行摩擦学实验。通过SEM观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料磨损机制。结果表明:环境因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的摩擦系数影响最大,干摩擦摩擦系数比沙尘环境下摩擦系数低;nano Serpentine含量对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的磨损率影响最大,当nano Serpentine质量分数为9wt%时,nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的总体磨损率最低。nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的干摩擦的磨损机制主要为黏着磨损,沙尘环境的磨损机制主要为磨粒磨损。      

纳米Fe_2O_3作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能

采用烧结方法制备得到纳米α-Fe_2O_3,利用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对样品进行了表征,研究了纳米α-Fe_2O_3作为液体石蜡添加剂的摩擦磨损性能。结果表明,添加纳米添加剂后,润滑油摩擦系数改变不明显,但磨损率显著降低。磨损率与纳米α-Fe_2O_3添加剂的表面积和添加量密切相关,当纳米材料的表面积为47m~2/g时磨损率最低,磨损率值降低为3.78×10~(-15) m~2/g;添加量为1.0wt%,润滑油磨损率最低。     

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

复合材料添加剂对改性PTFE的摩擦转移膜的形成和稳定作用

采用金属铜的微米粒子和纳米粒子作为聚四氟乙烯(以下记为:PTFE)的改性添加剂,研究了改性后PTFE的摩擦学性能和摩擦转移膜的形成和稳定性。实验揭示了金属微米粒子和纳米粒子对聚合物摩擦转移膜的形成具有不同的机制,分析表明:单独使用微米添加剂或纳米添加剂在提高PTFE复合材料的摩擦学特性方面都具有各自的优势和不足。      

Ekonol和nano-TiO2改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能

采用纳米TiO2和Ekonol填充改性聚四氟乙烯,研究了复合材料的摩擦磨损性能,并讨论了磨损机理.研究表明:Ekonol含量为20%时,磨损率最低,仅为0.98×10-6mm3/(N·m).纳米TiO2的存在能够很好地改善10%Ekonol/PTFE复合材料的耐磨性能,纳米TiO2含量为6%时,复合材料的磨损率大大降低...     

基于正交实验的PTFE基复合材料摩擦学性能优化研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种优异的固体自润滑复合材料,具有广泛的工业应用。采用润滑剂:石墨(Gr),二硫化钼(MoS_2)和增强相:玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)等多元填料对PTFE进行复合改性。运用正交实验设计,以各填料的体积分数为正交实验设计因子,以磨损率和摩擦系数为目标因子,建立正交实验表。通过正交分析讨论了填料含量不同的PTFE复合材料的摩擦磨损特性。结果表明,影响样品摩擦系数的主次因素依次为CMoS_2GFCF,影响样品磨损率主次因素依次为GFCFMoS_2Gr,并根据试验结果给出了复合材料的优化配方,以期对于高性能PTFE复合材料摩擦学性能的优化设计提供一定的参考。     

聚四氟乙烯纳米复合材料摩擦学性能研究进展

本文综述了聚四氟乙烯(PTFE)纳米复合材料在摩擦学领域的研究进展,指出纳米Al2O3最能显著增强PTFE耐磨损性能。纳米粒子增强PTFE耐磨损性能的机理还在探索中,但可能与裂纹捕获、填料富集、转移膜形成、磨屑尺寸减小、填料/基底界面作用、摩擦化学反应等因素有关。纳米材料易团聚及无机-有机物相容性差仍是PTFE纳米复合材料发展过程中亟待解决的问题。     

纳米SiC与PI填充改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

以纳米碳化硅(Nano-SiC)和聚酰亚胺(PI)为填料,经过机械共混、冷压成型和烧结等工艺制备Nano-SiC与PI共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。利用MRH-3型环-块摩擦实验机研究不同实验条件下复合材料的摩擦磨损性能并记录磨损表面温度变化。通过扫描电镜观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析其磨损机理。结果表明:纳米粒子含量、载荷和速度的变化会引起磨损表面温度发生变化,影响复合材料的摩擦磨损特性,复合材料磨损表面形貌和转移膜形貌也随之改变;随着纳米粒子含量增加,摩擦温升更快进入平稳阶段,有利于降低复合材料的磨损率;载荷由100N增加至400N,速度由1m/s增加至4m/s时,复合材料的摩擦磨损特性大幅下降,磨损表面形貌和转移膜形貌有显著变化,重载和高速条件下复合材料的磨损率高;环境温度在室温到135℃变化时复合材料的摩擦性能变化不明显。     

碳纤维酚醛树脂基复合材料制备及摩擦磨损性能研究

以酚醛树脂为基体,碳纤维为增强纤维,石墨和聚醚醚酮(PEEK)为固体润滑剂,通过热压成型方法制备复合材料。通过多功能立式摩擦磨损试验机对复合材料进行摩擦磨损测试,扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面。结果表明,石墨的加入能够降低复合材料的摩擦系数和磨损率,当加入15%(wt,质量分数)石墨的复合材料的摩擦系数为0.1,磨损率为0.37×10~(-6)g/N·m。PEEK的加入能够增加复合材料的摩擦系数,降低复合材料的磨损率,当加入10%(wt,质量分数)PEEK的复合材料表现出最好的摩擦性能,摩擦系数为0.28,磨损率为0.92×10~(-6)g/N·m。     

石墨的添加对NiCr-W-Ti自润滑复合材料高温摩擦学性能的影响

本文以Ni20Cr合金为基体添加稀有金属Ti、W粉末及石墨后,充分混合,采用机械合金化及热压烧结工艺制备了NiCr金属基复合材料,研究了石墨含量对NiCr金属基复合材料的组织结构和摩擦学性能的影响。在UMT-3高温摩擦试验机上进行了该复合材料同Al_2O_3陶瓷球的滑动摩擦磨损实验,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对复合材料及其摩擦测试后的形貌与结构进行观察分析,结果表明:当所添加石墨的质量分数为3wt.%时,复合材料具有相对较好的力学性能和摩擦学性能;当测试温度低于300℃时,摩擦表面未形成有效的摩擦膜,故磨损率较高;当温度高于500℃时,摩擦层中含有摩擦氧化物,摩擦表面被光滑氧化物所组成的润滑膜覆盖,对磨面具有很好的保护作用,因而磨损率降低。     

莫来石与碳纤维协同填充的聚四氟乙烯基复合材料及其摩擦学性能

为了提高聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦学性能,采用机械混匀、带温预压及烧结等工艺制备了莫来石和碳纤维填充的PTFE基复合材料,并通过FTIR、XRD、万能材料试验机、洛氏硬度计、DSC及热机械分析分别表征了PTFE基复合材料的显微结构、力学性能和热学性能;然后,使用MRH-3 型高速环块磨损试验机测定了复合材料的摩擦系数和磨损率,通过自制的硅油砂浆磨损装置测定了复合材料在不同温度下的耐砂浆磨损性能;最后,借助3D测量激光显微镜研究了复合材料摩擦面形貌,并分析了摩擦磨损机制。结果表明:莫来石和碳纤维在PTFE体系中起到填充增强作用,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的弹性模量由364 MPa增加至874 MPa;20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的干摩擦系数较大,但其磨损率与纯PTFE相比降低了3个数量级以上,且此复合材料在水摩擦条件下仍能保持较好的摩擦系数和磨损率,摩擦系数为0.157,磨损率为7.40×10-6 mm3·N-1·m-1;此外,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料在较高温度下仍能表现出良好的耐砂浆磨损性能。所得结论表明改性得到的PTFE 基复合材料的摩擦学性能显著提高,复合材料可用于有杆抽油井防偏磨。      

纳米碳化锆改性填充聚四氟乙烯-聚苯硫醚复合材料摩擦磨损性能

采用冷压成型烧结工艺法,制备纳米碳化锆(Nano-ZrC)与聚苯硫醚(PPS)填充改性聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料。采用邵氏硬度仪、万能材料试验机、扫描电镜分别表征了复合材料的显微结构及力学特性;使用MRH-3型环-块摩擦磨损试验机测试了复合材料在不同实验条件下的摩擦学性能,并通过非接触3D轮廓仪及X射线光电子能谱仪对磨损表面及转移膜进行了检测分析。结果表明:随着纳米碳化锆含量的增加,复合材料硬度上升,拉伸强度、断裂伸长率及冲击强度下降;纳米碳化锆使得复合材料耐磨性得到显著提升,且其体积分数为5%时复合材料摩擦学性能最佳;纳米碳化锆增强了转移膜的物理粘附能力,并促进其化学吸附作用;当载荷提升至300 N,摩擦速度提升至3 m/s时,复合材料摩擦磨损性能大幅降低,转移膜形貌发生明显变化;环境温度(25~140℃)对复合材料摩擦磨损性能影响不明显。