PEEK基耐磨导电复合材料

以聚醚醚酮(PEEK)为基础材料,为发挥其优异的耐疲劳性,耐磨性和自润滑性,以期研发一种新型高耐磨导电受电弓滑板复合材料。设计采用PEEK和电解铜粉(微米级)及少量短切碳纤维(CF)等成分,通过干燥–共混–冷压–烧结–冷却的成型工艺制备了不同比例的PEEK/Cu,PEEK/Cu/CF复合材料,并对其摩擦学性能、导电性能、微观结构进行了研究。结果表明,PEEK/Cu复合材料中,随着电解铜粉含量的增加,摩擦系数先减小后增大,磨损量先减小再增加;当电解铜粉含量为50%时,其复合材料的摩擦系数和磨损量均最小;当电解铜粉含量达60%时,该材料的体积电阻率为6.05×10~(–5) Ω·m,表现出良好的导电性。PEEK/Cu/CF复合材料中,当电解铜粉含量大于40%时,随着电解铜粉含量的增加摩擦系数先增大后减小,磨损量先增大后减小;当电解铜粉含量为50%时,其摩擦系数和磨损量均最大;随着电解铜粉含量的增加,其复合材料的体积电阻率逐渐减小后趋于平稳。综合耐磨性和导电性等特性,含50%～55%电解铜粉的PEEK基复合材料可以用作受电弓滑板制作材料,也可望用作航空航天轻质、屏蔽材料。     

针状硅灰石/碳纤维协同作用对PTFE性能的影响

选择针状硅灰石(Wo)和碳纤维(CF)作为协同改性剂,制备聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,并对改性复合材料的力学性能、热力学性能和耐磨损性能进行测试。结果表明:改性剂与PTFE基体结合,使得复合材料稳定性提高;改性剂含量越大,弹性模量越大;Wo和CF协效改性效果明显,断裂伸长率和洛氏硬度与纯PTFE相比分别提高11.5%和23.1%。DSC和TMA测试结果表明:复合材料的熔点和结晶度与纯PTFE相比无明显差异,但线膨胀系数由1.29×10~(-4)℃提升至1.72×10~(-4)℃;玻璃化转化温度由307.9℃提升至312.1℃。干摩擦实验中,20%Wo对PTFE的改善效果最好,平均摩擦系数由0.241降至0.179;体积磨损率由853×10~(-4)mm~3/(N·m)降至0.71×10~(-4)mm~3/(N·m);湿摩擦实验中,10%Wo与10%CF对PTFE的改善效果最好,平均摩擦系数由0.161降至0.112;体积磨损率由511×10~(-4)mm~3/(N·m)降至5.34×10~(-4)mm~3/(N·m)。比较干湿两种场景,PTFE+10%Wo+10%CF的耐磨损性能最好。     

PEEK/MWCNTs复合材料性能研究

采用注塑成型制备了聚醚醚酮(PEEK)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料,探讨了MWCNTs的表面官能团和含量对PEEK/MWCNTs复合材料电性能、摩擦性能、力学性能及断面形貌的影响。结果表明,羟基和羧基的引入可显著提高复合材料的性能,改善界面结合情况,且随着MWCNTs含量的增加,复合材料的表面电阻率和磨损量明显降低,力学性能显著提高。MWCNTs-COOH加入后,出现逾渗现象,逾渗值为3%,表面电阻率达1.89×10~6Ω;摩擦系数降低,承载能力提高1倍以上;MWCNTs-COOH质量分数为4%时,磨损量为0.6mg,比纯PEEK降低71.4%,综合性能最优。     

用于水润滑轴承的聚氨酯/环氧树脂/短切碳纤维复合材料的制备及摩擦学性能

以环氧树脂(EP)和短切碳纤维(SCF)为改性剂对聚氨酯(PU)进行改性,制备了PU/EP/SCF复合材料,研究了复合材料的物理机械性能和摩擦学性能。结果表明,当SCF质量分数为7.5%时,PU/EP/SCF复合材料具有最佳的物理机械性能和摩擦学性能,拉伸强度和扯断伸长率分别为16.5 MPa、157.5%,干摩擦条件下摩擦系数和磨损率分别为0.48和1.44×10~(-4)mm~3/(N·m)。     

聚醚醚酮基复合涂层的研究

利用聚四氟乙烯(PTFE)和石墨的自润滑性能对聚醚醚酮(PEEK)进行增强改性获得PEEK复合材料,并通过静电喷涂和冷压烧结的方法在不锈钢底材上制备了PEEK基复合涂层。扫描电镜(SEM)观察结果表明:在相同的热处理工艺条件下,冷压烧结获得的涂层气孔率更低、涂层更致密。显微硬度仪和X射线衍射仪(XRD)测试结果表明:在相同的热处理条件下,冷压烧结制备的涂层结晶度和硬度都较高,硬度可达到21.78 HV。摩擦磨损实验结果表明:冷压烧结涂层的摩擦因数为0.046 1,磨损率为15.51×10~(-6)mm~3/(N·m);静电喷涂涂层的摩擦因数为0.079 2,磨损率为22.37×10~(-6)mm~3/(N·m)。与之前的研究结果相比,石墨与PTFE的加入大大提高了涂层的摩擦学性能。     

玻璃纤维增强PEEK复合材料的高速干摩擦性能

利用球盘式摩擦磨损试验机对质量分数为30%的短切玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK/GF)复合材料进行室温高速条件下干滑动磨损实验,考察了载荷及频率对材料摩擦系数及磨损量的影响,并对摩擦前后的微观形貌及热性能进行了分析。结果表明,随着载荷和频率的增加,PEEK/GF复合材料的摩擦系数和磨损量逐渐增大并趋于稳定;微观结构分析显示GF与PEEK两相结合紧密,磨损方式主要以犁沟为主,GF的加入阻断了PEEK从PEEK/GF复合材料磨损表面剥落,使PEEK磨屑在GF周围积聚,摩擦表面产生的热量使PEEK收缩团聚在一起;PEEK/GF复合材料的热分解温度比纯PEEK提高了75℃。     

碱液中晶须增强PEEK复合材料的摩擦磨损性能

研究了不同含量PTW增强PEEK复合材料在碱液中的摩擦磨损性能,并与经典的CF增强PEEK复合材料对比,借助于SEM分析了磨损面和对偶面微观形貌,探讨了相关机理。结果表明,干摩擦时15%(质量)PTW增强PTFE/PEEK复合材料耐磨性是相同含量CF增强时的10.5倍。在碱液中,CF增加了PTFE/PEEK复合材料的摩擦系数、降低了其耐磨性能,而PTW可以进一步降低PTFE/PEEK复合材料的摩擦系数、明显地提高其耐磨性能。含5%PTW可提高PTFE/PEEK复合材料碱液中耐磨性2.36倍。碱液阻止了对偶面转移膜的形成,犁削和磨粒磨损是CF增强PEEK复合材料碱液中的主要磨损机制,而隧道状晶体结构和细微尺寸的纤维态形貌使得PTW在碱液中仍具有显微增强耐磨作用。     

偶联修饰纳米蒙脱土/超高分子量聚乙烯基复合材料的摩擦磨损性能

通过模压烧结法制备了超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)与硅烷(silane,s)和钛酸酯(titanate,t)偶联剂修饰的纳米蒙脱土(nano-montmorillonite,nano-MMT)复合材料,nano-MMT含量由0到15%(质量分数,下同).采用45#钢为摩擦对偶件的往复滑动式摩擦磨损试验机,在室温干摩擦条件下测试了复合材料的摩擦学性能,实验条件为:接触压力P=8.0 kN、滑动速度v=1.8 m/min、时间t=3 h;用扫描电镜观察了复合材料磨损表面的形貌并分析了磨损机理.结果表明:随nano-MMT含量的增加,偶联修饰的nano-MMT/UHMWPE复合材料的硬度、摩擦系数和磨损率增加;偶联修饰改善了复合材料的摩擦学性能;与钛酸酯相比,硅烷偶联修饰nano-MMT/UHMWPE复合材料的硬度和摩擦学性能更好.用5%硅烷偶联修饰的nano-MMT,5%钛酸酯偶联剂修饰的nano-MMT和5%nano-MMT增强的UHMMPE复合材料的摩擦系数μ、摩擦温度θ、磨损率W分别为:μs=0.124,μt=0.135,μ=0.180;θs=92℃,θt=96 ℃,θ=94 ℃;Ws=4.25×10-7 mm3/(N·m),Wt=6.31×10-7 mm3/(N·m),W=18.80×10-7 mm3/(N·m);两种偶联修饰复合材料的表面磨损情况相似,含5%nano-MMT的复合材料主要表现为粘着磨损,而含15%nano-MMT的复合材料主要表现为表层和亚表层的脆性疲劳断裂.     

PPS/PAI/CF复合材料摩擦磨损性能的研究

采用模压成型法制备了聚苯硫醚(PPS)/聚酰胺酰亚胺(PAI)合金及其碳纤维(CF)改性复合材料。测试分析了该复合材料的力学性能,并通过扫描电镜(SEM)对其摩擦磨损表面形貌进行了观察,探讨了复合材料的摩擦磨损性能;考察了PPS/PAI合金的最优配比及CF含量对PPS/PAI/CF复合材料性能的影响。结果表明:PAI的加入改善了PPS的力学性能,当PPS/PAI质量比为40/60时,PPS/PAI合金的力学性能最优;另外,CF的加入使PPS/PAI/CF填充复合材料的摩擦系数和磨损量大幅度下降,其中,当CF含量为30%时,PPS/PAI/CF填充复合材料的摩擦系数和磨损量较未填充PPS/PAI分别下降了66%和90%。     

导热PE-LD复合材料的制备与性能研究

采用低密度聚乙烯(PE-LD)为基体材料,石墨、Al N为导热填充材料,通过双辊混炼、模压制备了导热复合材料,并对该复合材料的导热性能、力学性能、热行为进行了分析。结果表明,随着石墨或Al N含量的增加,PE-LD/石墨复合材料和PE-LD/Al N复合材料的热导率逐渐增大;PE-LD/石墨复合材料的热导率高于PE-LD/Al N复合材料的热导率。当石墨与Al N的总质量分数为50%、石墨与Al N的质量比为4∶1时,PE-LD/石墨/Al N复合材料的拉伸强度、弯曲强度均达到最大值,分别为12.8,17.15 MPa;此时PE-LD/石墨/Al N复合材料的热导率达到最大值,为0.618 W/(m·K),略低于添加质量分数50%的石墨时的PE-LD/石墨复合材料的热导率[0.634 W/(m·K)];当石墨与Al N质量比为1∶4时,PE-LD/石墨/Al N复合材料的热导率为0.488 W/(m·K),高于只添加质量分数50%Al N的PE-LD/Al N复合材料的热导率[0.410 W/(m·K)]。当石墨和Al N总质量分数为50%时,随着Al N含量的增加,PE-LD的结晶度增大。     

纳米Al_2O_3/SiO_2混杂填充环氧树脂耐磨材料的制备与研究

本文制备了Al_2O_3/SiO_2混杂颗粒填充的环氧树脂基材料,并通过磨损试验机和扫描电子显微镜研究了材料的摩擦磨损性能和磨损机理。结果表明:采用KH570表面改性的纳米Al_2O_3/SiO_2混杂颗粒填充分散良好;Al_2O_3/SiO_2质量分数为10%时,环氧树脂材料的磨损率为2.71×10~(-6)mm~3/(N·m),摩擦系数为0.25,显著提高了环氧树脂的抗磨损性能,且硬度提高到了85D;环氧树脂基复合材料磨损机理以粘着磨损和磨粒磨损为主。     

钼酸铵/丁腈橡胶改性酚醛树脂对摩擦材料性能的影响

制备了以未改性PF、市售改性PF、钼酸铵/丁腈橡胶复合改性PF作为基体的摩擦材料,研究了钼酸铵/丁腈橡胶改性酚醛树脂(PF)对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,并对不同树脂基摩擦材料的冲击强度、硬度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,复合改性PF基摩擦材料的冲击强度为3.51~3.72 k J/m2,硬度为73~82,高于未改性PF基摩擦材料的冲击强度(3.22 k J/m2)和硬度(52),有效提高了摩擦材料的韧性和硬度。以复合改性PF为基体的摩擦材料,其摩擦系数的稳定性得以提高,其中以含量为10%的摩擦材料最为稳定,磨损率最小。当树脂添加量相同时,复合改性PF基摩擦材料的摩擦系数的稳定性最好,且摩擦系数值保持在0.37~0.40之间,比未改性PF基摩擦材料的摩擦系数和市售改性PF基摩擦材料摩擦系数稳定;复合改性PF基摩擦材料的高温(350℃)磨损为0.45×10~(–7)cm~3/(N·cm),远低于未改性PF基摩擦材料的1.50×10~(–7)cm~3/(N·cm)和市售改性PF基摩擦材料的0.67×10~(–7)cm~3/(N·cm),抗高温热衰退性最好。     

碳纤维和纳米氮化硼增强聚醚醚酮/聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

以碳纤维（CF）为增强相，添加不同含量的纳米氮化硼（h-BN），通过注塑成型的方式，制备了聚醚醚酮/聚四氟乙烯（PEEK/PTFE）复合材料样条，使用力学试验机进行拉伸试验，利用摩擦试验机进行表面摩擦试验，并利用白光仪对磨痕数据和三维形貌进行观测，使用SEM对磨痕进行观测与分析。结果表明：随着h-BN含量的增加，PEEK/PTFE复合材料样条最大应力先增加后减小；当h-BN含量分别为3%、6%时，PEEK/PTFE复合材料样条的最大应力分别为174 MPa、165 MPa。与PEEK/PTFE相比，单独添加CF的样品摩擦系数降至0.23。同时添加CF、h-BN时，复合材料样条的摩擦系数均降低；h-BN含量分别为3%、6%时，复合材料样条的摩擦系数分别为0.06、0.09。随着h-BN含量的升高，PEEK/PTFE/CF/h-BN复合材料的磨损率先降低后升高。h-BN含量为3%时，复合材料样条的磨损率最低。     

PEEK高强耐磨复合材料的制备与性能

采用微型注塑机制备了聚醚醚酮/玻璃纤维/碳纳米管(PEEK/GF/CNTs)复合材料,对PEEK/GF/CNTs复合材料的力学性能、导热性能、摩擦性能进行了研究。结果表明:室温(25℃)下,GF的加入使PEEK材料的拉伸强度提高了43.37%;随着温度的升高,PEEK及其复合材料的拉伸强度逐渐下降;随着CNTs用量的增加,PEEK/GF/CNTs复合材料的拉伸强度呈先增大后减小的趋势;在1 000N的载荷下,PEEK/GF/CNTs复合材料的耐摩擦性能最佳;CNTs的加入提高了PEEK材料的耐热性能;当CNTs质量分数为8%时,PEEK/GF/CNTs复合材料拉伸强度为168.64 MPa,导热系数为0.416 2 W/(m·K),结晶度为16.18%,综合性能最佳。     

碳纤维增强环氧模塑料的研制

采用沥青碳纤维增强多官能度环氧树脂,制得马丁耐热可达200℃,水润滑下摩擦系数为0.125,比磨耗率为5.0×10~(-8)mm~3/(N·m)的碳纤维增强环氧模塑料。     

CF增强PEEK/Cu复合材料的制备与性能

采用模压法制备碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)/Cu复合材料,研究了CF等离子处理时间、CF用量和热处理工艺对PEEK/Cu/CF复合材料力学性能的影响。结果表明:随着未处理CF用量增加,PEEK/Cu/CF复合材料的力学性能逐渐下降;当CF等离子处理时间小于等于4 min时,PEEK/Cu/CF复合材料的拉伸强度和冲击强度随处理时间增加而提高;等离子处理4 min,随CF用量的增加,PEEK/Cu/CF复合材料的拉伸强度提高,但其冲击强度下降。与未处理的复合材料相比,热处理Ⅱ和Ⅲ这2种处理工艺的复合材料结晶度和熔点均提高,且热处理Ⅲ的提高幅度大于热处理Ⅱ的。     

PA6/CF/EG导电复合材料的制备与性能

采用熔融共混法制备了不同碳纤维/热膨胀石墨(CF/EG)比例的尼龙6/碳纤维/热膨胀石墨(PA6/CF/EG)导电复合材料并研究其性能。结果表明,CF的加入能显著提高复合材料的力学性能;而随着EG含量的提高,复合材料的导电性能和导热性能显著提高,但力学性能在一定程度上得到降低。当CF质量分数为20%时,复合材料具有最优的力学性能,当EG质量分数为20%时,复合材料体积电导率可显著提高至0.262 S/m,热导率可达1.3379W/(m·K)。     

EP/氧化石墨烯–硬脂酸丁酯微胶囊复合材料

采用种子微悬浮聚合法制备了聚苯乙烯/氧化石墨烯复合囊壁包覆硬脂酸丁酯微胶囊润滑材料(MGO–Micro LMs),以MGO–Micro LMs为润滑填料,环氧树脂(EP)为基体材料,采用浇注成型工艺制备了EP/MGO–Micro LMs复合材料。采用滑动摩擦磨损试验仪评价了MGO–Micro LMs对EP基体材料摩擦学性能的影响;采用扫描电子显微镜对磨损面的微观形貌进行表征,并探究了其磨损机理。结果表明,MGO–Micro LMs能够显著地降低EP的摩擦系数和磨损量,当MGO–Micro LMs质量分数为20%时,EP/MGO–Micro LMs复合材料的摩擦系数为0.138 44,磨损量减少了约42.3%,磨损机理主要为磨粒磨损。     

碳纤维增强尼龙复合材料的性能研究

研究了碳纤维(CF)用量及助剂对碳纤维/PA66复合材料性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着CF用量增加而增大,当CF质量分数超过15%时,增幅缓慢。在同一载荷下,随CF用量的增加,复合材料的摩擦系数先降低后升高,碳纤维质量分数为20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂的加入,可有效改善CF/PA66复合材料的摩擦磨损性能。     

不同玻璃纤维含量对PTFE增强PEEK复合材料摩擦学性能的影响

以聚四氟乙烯(PTFE)为增强相,加入不同含量的玻璃纤维(GF),通过注塑成型方式,制备PEEK/PTFE复合材料,使用力学试验机进行拉伸试验,利用摩擦试验机进行表面摩擦试验,利用白光仪对磨痕数据和三维形貌进行观测,使用扫描电子显微镜对磨痕进行观测与分析。结果表明：当GF含量越高,复合材料最大应力越高,应力增大的斜率越明显。当GF含量增至30%,复合材料的最大应力提高至183 MPa。当GF含量逐渐升高,复合材料表面的摩擦系数降低。当GF含量为30%,复合材料的摩擦系数降至0.08。当GF含量为0、15%、30%,复合材料磨损率分别为3.59×10^-6、2.30×10^-6、1.78×10^-6 mm³/(N·m)。GF含量越高,复合材料的硬度越高,耐磨损性能越好。