复合填充改性聚酰亚胺润滑材料的摩擦学性能研究

采用M-2000 型摩擦磨损试验机考察纳米碳酸钙和石墨复合填充聚酰亚胺(PI) 润滑材料在不同速度和载荷下与GCr15 轴承钢对摩时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜分析PI 材料及其对偶件磨损表面形貌。结果表明,单独填充纳米CaCO3时,聚酰亚胺摩擦因数轻微减小,体积磨损率显著增大,而单独填充石墨后,聚酰亚胺摩擦学性能有显著的改善;纳米CaCO3和石墨复合填充后,二者存在协同效应,减摩抗磨能力显著提高;PI材料的摩擦学性能与对偶钢环表面转移膜的性质紧密相关,纳米CaCO3能显著增强转移膜与对偶件的结合强度。     

复合填充改性聚酰亚胺润滑材料的摩擦学性能

采用M-2000型摩擦磨损试验机考察纳米碳酸钙和石墨复合填充聚酰亚胺(PI)润滑材料在不同速度和载荷下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜分析PI材料及其对偶件磨损表面形貌。结果表明,单独填充纳米CaCO_3时,聚酰亚胺摩擦因数轻微减小,体积磨损率显著增大,而单独填充石墨后,聚酰亚胺摩擦学性能有显著的改善;纳米CaCO_3和石墨复合填充后,二者存在协同效应,减摩抗磨能力显著提高;PI材料的摩擦学性能与对偶钢环表面转移膜的性质紧密相关,纳米CaCO_3能显著增强转移膜与对偶件的结合强度。     

纳米粒子和聚四氟乙烯填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能研究

以纳米氧化锌(ZnO)和纳米蒙脱土(MMT)及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-MMT及PTFE填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明当PTFE和MMT的填充量均保持为质量分数6%,填充纳米ZnO质量分数为4%~6%时的复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,与不含纳米ZnO的复合材料相比,其摩擦因数最低下降了11.1%,而磨损率下降了83.3%。当复合填料中纳米ZnO含量较低时,复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损,但当复合填料中纳米ZnO含量较高时,复合材料的磨损机制主要表现不同程度的粘着磨损和磨粒磨损,同时其复合材料的摩擦磨损性能出现了恶化现象。     

纳米锌填充超高分子量聚乙烯复合材料微动摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备不同含量纳米锌填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用微动摩擦磨损试验机研究干摩擦条件下纳米锌含量对复合材料微动摩擦磨损性能的影响。利用场发射扫描电子显微对复合材料断面进行分析,采用扫描电子显微镜对材料磨损表面及钢球进行表征,探讨复合材料的磨损机制。研究结果表明:随着纳米Zn含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均表现为先降低后升高;当纳米Zn质量分数为1%时复合材料具有最低的摩擦因数和磨损率,且对偶钢球表面形成连续的转移膜;复合材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。添加锌纳米颗粒,可以提高UHMWPE复合材料的微动摩擦磨损性能,当纳米锌质量分数为1%时,复合材料具有最低的摩擦因数和最优的耐磨损性能。     

聚四氟乙烯复合材料的摩擦学二次转移行为研究

采用冷压成型、自由烧结工艺分别制备了青铜粉、聚酰亚胺、二硫化钼和石墨填充改性的聚四氟乙烯复合材料,在改装的M-2000型摩擦磨损试验机上考察了材料的二次转移摩擦学性能;用扫描电子显微镜对磨损表面进行观察和分析。结果表明:增加载荷有利于提高转移膜与基底的结合强度;填料种类对PTFE复合材料二次转移膜的摩擦学性能有影响,在本实验条件下(干摩擦、室温、滑动速度为0.42m/s、接触载荷为30N),以PTFE复合材料作为润滑剂提供源使用时,PTFE/MoS2、PTFE/Graphite复合材料形成的二次转移膜最好,PTFE/Bronze复合材料二次转移膜次之,PTFE/PI复合材料形成二次转移膜的能力最差。     

聚酰亚胺复合材料与不同金属间干滑动时的摩擦学性能

采用MPX-2000型摩擦磨损试验机研究了聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料在干滑动摩擦条件下与45钢、镍铬合金、铜和铝对磨时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了复合材料及对偶件的磨损表面形貌。结果表明:复合材料与铝对磨时的摩擦因数和磨损率最低,分别约为与钢摩擦时的43%和49%;摩擦后铝表面形成均匀连续的转移膜,45钢、镍铬合金和铜的表面没有形成有效转移膜,因此复合材料的摩擦因数较大;复合材料与不同金属材料摩擦时的磨损机理主要是粘着磨损与疲劳磨损。     

PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

用机械共混、冷压成型烧结的方法制备了纳米SiO2/石墨/玻璃纤维/PTFE复合材料试样。用MM-200型磨损试验机测试了在干摩擦条件下不同载荷时各试样的摩擦磨损性能;用扫描电镜对磨损后试件表面进行观察和分析。研究结果表明：纳米SiO2和玻璃纤维有效提高了PTFE的承载能力,石墨的加入起到了减小摩擦的作用;在本试验条件下,在摩擦过程中三元混合填充PTFE复合材料在偶件表面形成了转移膜,减少了复合材料与偶件的直接接触,因而表现出优异的抗磨性。     

氧化石墨烯和纳米SiO2增强PTFE复合材料的摩擦磨损行为

为研究具有层状结构和球状结构的纳米填料之间的相互作用对聚四氟乙烯（PTFE）复合材料摩擦磨损行为的影响,采用冷冻干燥超声共混-冷压-热烧结法制备纳米二氧化硅（nano-SiO2）和氧化石墨烯（GO）填充改性PTFE复合材料。利用LSM-2R往复式摩擦磨损试验机测试干摩擦条件下nano-SiO2和GO复配改性PTFE复合材料的摩擦学性能,采用MicroXAM-800非接触式三维表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表征转移膜形貌、元素分布和磨痕表面三维形貌,从微观层面揭示nano-SiO2和GO的减摩机制。结果表明：单独填充nano-SiO2与GO均可改善PTFE复合材料的摩擦学特性,其中在较低添加量下,GO在提高PTFE耐磨性方面明显优于nano-SiO2;GO和nano-SiO2复配填充时存在协同效应,与单一填充相比进一步改善了复合材料的摩擦学性能;相比于纯PTFE,3%nano-SiO2/0.5%GO/PTFE复合材料的磨损率降低60.36%。机制分析表明,协同作用和均匀连续转移膜的形成是nano-SiO2和GO增强PTFE复合材料性能优异的主要原因。     

PTFE三层复合材料摩擦过程的界面动态迁移

在面接触摩擦磨损试验机上考察了PTFE三层复合材料的摩擦磨损性能,观察了其摩擦过程转移膜形成的动态过程,分析了其摩擦磨损机制。结果表明:PTFE三层复合材料在与对偶钢件摩擦时,会在摩擦界面上发生界面迁移,导致在对偶件表面形成一层转移膜。界面迁移的动态过程是:转移膜的形成开始是由于微切削机制使得PTFE复合材料镶嵌于对偶件表面的凹坑和微沟槽处,进而在机械和摩擦化学的作用下得以生长变大,最后形成较完整的转移膜。转移膜在形成与长大过程中,始终伴随着局部脱落以及再修复的过程,在形成较完整的转移膜后处于动态平衡。摩擦过程中转移膜的形成可以有效地稳定摩擦因数,减小磨损。     

石墨填充聚醚酰亚胺摩擦学性能分析

在M-200摩擦试验机上进行不同含量石墨填充PEI基复合材料的摩擦磨损试验,利用扫描电子显微镜分析了断口和磨损表面的显微结构,并分析了磨损机制。考察了表面硬度随含量填充量的变化规律。试验结果表明:石墨在复合材料基体中呈片状结构,磨损过程中易形成转移膜,从而改善了摩擦磨损情况,其中填充质量分数10%石墨的PEI基复合材料摩擦因数最低,填充30%石墨的复合材料磨损率最低,材料表面硬度随着填充石墨含量的增加而降低,石墨填充量在5%～30%之间表面硬度下降平缓,当填充量超过30%时,材料表面硬度下降剧烈。     

纳米ZnO填充的PTFE基复合材料摩擦学性能研究

得胜０００型摩擦磨损试验机研究了不同体积含量的纳米氧化锌（ＺｎＯ）填充的ＰＴＦＥ基复合材料在于摩擦条件下与不风对摩时的摩擦学性能,并利用扫描电子微镜（ＳＥＭ）对ＰＴＦＥ及纳米ＺｎＯ／ＰＴＦＥ复合材料的微观结构、磨损表面和转移膜进行了观察和分析。结果表明,纳米ＺｎＯ／ＰＴＦＥ复合材料的摩擦性能与纯ＰＴＦＥ基本相当,但耐磨性明显优于后者,纳米ＺｎＯ在复合材料中的最佳含量为１５ｖｏｌ．％左右。     

有机填料填充聚四氟乙烯复合材料摩擦学及力学性能

采用共混-冷压-烧结-整形的工艺制备有机物填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,考察相同含量的不同有机填料对PTFE复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。结果发现,加入有机填料后,复合材料的拉伸强度降低,但硬度和压缩强度均提高;有机填料有效地改善了PTFE复合材料的摩擦学性能,其中,质量分数15%聚苯酯填充的PTFE复合材料减摩效果最好,质量分数15%聚酰亚胺填充的PTFE复合材料的耐磨损性能最优。相比之下,质量分数15%芳纶填充的PTFE复合材料摩擦磨损性能及力学性能最好,其耐磨损性能较纯PTFE提高了近400倍,而摩擦因数仅为纯PTFE的84%。其原因在于芳纶的加入有效地改变了摩擦机制,能形成均匀连续的转移膜,进而降低了磨损。     

填料种类对聚苯酯基复合材料摩擦学性能的影响

在聚苯酯(Ekonol)中分别添加不同种类的填料,制备出一系列性能不同的Ekonol基复合材料,研究了填料的形态、性质对Ekonol复合材料摩擦磨损性能的影响,分析了磨损面、对磨面转移膜形貌,并探讨了摩擦磨损机制。结果表明,在填料的填充量相同时,层状固体润滑剂聚四氟乙烯(PTFE),由于从本质上改善了非熔融Ekonol的内部粘结,且协助形成较为连续、平滑的转移膜,对Ekonol摩擦学性能的改善最为明显;其次为纤维状填料。相比于尺寸细微的六钛酸钾晶须,粗大的玻璃纤维(GF)或碳纤维(CF)之间相互交错,对Ekonol起到了较好的承载骨架作用,更为有效提高Ekonol的摩擦学性能。GF比CF与Ekonol之间的亲和性较好,对应于GF/Ekonol复合材料的摩擦学性能优于CF/Ekonol复合材料;纳米颗粒填料对Ekonol有着弥散增强作用,但对Ekonol摩擦学性能的改善效果最差。     

对偶件表面微结构取向对PTFE基自润滑轴承材料摩擦性能的影响

研究了聚四氟乙烯(PTFE)基自润滑轴承材料与45#钢对摩时,对偶件45#钢表面微结构取向对PTFE基自润滑轴承材料摩擦学性能及转移膜的影响。结果表明:对偶件表面微结构取向与摩擦方向的夹角为0°和90°时,形成的转移膜较为均匀,且磨损量较小;夹角45°时,形成的转移膜不完整,且磨损较大。     

炭黑/双马来酰亚胺复合材料的性能研究

采用浇铸成型法制备了炭黑填充双马来酰亚胺(BM I-BA)复合材料,研究了炭黑的填充量对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。在M-200型磨损机上测试该复合材料的摩擦学性能,利用扫描电镜(SEM)观察了摩擦副的表面形貌。结果表明:炭黑能够有效提高复合材料的力学性能和摩擦学性能。当炭黑的添加量为4.0wt%时,复合材料的综合力学性能最好;当炭黑的的添加量为6.0wt%时,复合材料的耐磨性能最好。SEM显示复合材料主要是粘着磨损,能在对磨环上形成薄而连续均匀的转移膜,而BM-BA树脂主要发生的是疲劳磨损,并伴有塑性变形。     

石墨/聚双马来酰亚胺自润滑复合材料的研究

采用浇铸成型工艺制备石墨填充双马来酰亚胺—６,６,－烯丙基双酚Ａ树脂（ＢＭＩ－ＤＰ）复合材料。考察了石墨含量对ＢＭＩ－ＤＰ的力学性能和摩擦学性能的影响,并用扫描电子显示微镜（ＳＥＭ）研究了磨痕和转移膜的形貌。结果表明,在给定的试验条件下,填充石墨能够有效地改善ＢＭＩ－ＤＰ的磨损性能,而力学性能仍然满足实际工程需要。石墨填充量在４０％～５０％之间时,复合材料的摩擦学性能较好,其摩擦机理主要为粘着磨损和疲劳磨损。     

纳米金属粉填充Ekonol/PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

评价了分别用不同体积含量的纳米镍粉和纳米铜粉填充聚苯酯/聚四氟乙烯(Ekonol/PTFE)复合材料体系的力学性能,利用M-200型磨损试验机研究了纳米Ni、纳米Cu含量对Ekonol/PTFE复合材料摩擦学性能的影响,借助扫描电子显微镜和能谱分析手段考察试样磨损表面和磨屑,并探讨其摩擦磨损机制。结果表明,纳米Ni能在一定范围内增加Ekonol/PTFE复合材料的冲击强度;纳米金属粉填入量较小时均能增加复合材料的洛氏硬度。纳米Ni与纳米Cu均能增加Ekonol/PTFE复合材料的摩擦因数并降低磨损率。其原因在于纳米金属粉在复合材料摩擦表面富集,通过金属分子间的吸引作用,增大复合材料的摩擦因数。     

短玻璃纤维和石墨填充PTFE的摩擦磨损特性研究

利用自主研制的往复式摩擦试验机对短玻璃纤维(SGF)及石墨填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损特性进行了研究,探讨了共混材料对PTFE摩擦学性能的影响。利用扫描电子显微镜对材料的磨损表面进行了观察和分析。研究结果表明,短玻璃纤维有效提高了PTFE的承载能力,石墨的加入起到了减小摩擦的作用,在较高载荷下,短玻璃纤维和石墨填充的PTFE复合材料表现出优异的抗磨性能。     

纳米ZrO2改性热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

采用热模压工艺制备了纳米ZrO2改性热塑性聚酰亚胺(PI)纳米复合材料,考察了复合材料的力学性能、在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜观察了冲击断面和磨损表面形貌.结果表明:纳米ZrO2在低含量下对PI复合材料的力学性能影响不大,随着其含量的增大,材料的弯曲性能下降,刚性增大.在干摩擦条件下,较低的纳米颗粒含量有助于转移膜的形成,从而降低材料的摩擦因数及磨损率.纳米ZrO2体积分数为1%时,材料的摩擦磨损性能较纯PI分别下降了50%和15%;在油润滑条件下,润滑油的流动性有助于纳米颗粒分布到整个摩擦界面,PI复合材料的摩擦因数及磨损率有明显降低,此时磨损机制以疲劳磨损为主.     

纳米碳黑与纳米石墨填充PTFE复合材料摩擦磨损性能比较研究

用M-2000摩擦磨损试验机对纳米碳黑和石墨填充PTFE复合材料进行了摩擦磨损性能研究,用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面进行观察.结果表明:2种碳纳米能够提高PTFE复合材料的耐磨性,其中纳米碳黑填充效果最佳.纳米碳黑和纳米石墨2种碳纳米的最佳添加量分别为7%和5%(质量分数).纳米石墨可以减小PTFE复合材料的摩擦因数,而纳米碳黑使得PTFE复合材料的摩擦因数增大,且含量越高,复合材料摩擦因数增幅越大.结晶型纳米石墨与PTFE基体的相容性较差,而无定形纳米碳黑与PTFE基体的相容性较好.