碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动摩擦转移膜的性能

通过摩擦实验及Ｘ射线光电子能谱分析研究了碳纤维增强聚醚酮滑动时形成的转移膜的摩擦性能,结果表明,与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比,碳纤维增强聚醚醚酮材料形成的转移膜薄,连续性均匀性好,因此其摩擦学性能好。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料研究进展

近年来,碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）,尤其是碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料以其优异的综合性能受到了大量关注。高性能碳纤维/聚醚醚酮复合材料具有强度大、韧性好、使用温度高等诸多优点,在航空航天、机械、电气、汽车工业和生物工程等领域得到了广泛的应用。针对近年的研究热点,对碳纤维/聚醚醚酮复合材料在界面性能、力学性能、生物相容性、成型工艺、失效机理等方面的研究进展进行了综述,为材料的制备技术研究及产业化应用奠定基础。      

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动摩擦转移膜的ESCA研究

碳纤维增强聚醚醚酮在滑动时形成的转移膜对其摩擦这性能有重要影响、本文对此转移膜进行了Ｘ射线光电子能谱化学分析，表明，与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比，碳纤维增强聚醚醚酮形成的转移膜最薄，连续性与均匀性最好，因此其摩擦学生能最好。转移膜的成份沿着其深度方向发生变化，表明此膜中石墨和聚四氟乙烯存在着优先转移。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备与性能

通过高温模压方法,制备了碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料。采用差示扫描量热、热失重、弯曲测试、拉伸测试、扫描电子显微镜等分析方法对制品热学性能和力学性能进行了分析。分析结果表明,制备CF/PEEK复合材料的最佳工艺参数为:成型温度380℃~390℃,停留时间30 min,保温保压30 min、2 MPa~3 MPa,后期保压压力4 MPa~5MPa,保压时间3 h。复合材料制品弯曲强度达到1783 MPa,分解温度达578℃,表明其具有优良的力学性能和热稳定性。     

SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的摩擦磨损特性的研究

比较了SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的干摩擦磨损行为, 并与单一SiC_P 和单一G_rP 增强Al 基复合材料的相应行为进行了比较。结果表明, 在低载荷(< 30 N ) 时, SiC_P 和G_rP 能协调作用, 使混杂复合材料的摩擦系数和磨损率均比单一SiC_P 和G_rP 增强复合材料低。在较高载荷(30～ 120 N ) 时, 混杂复合材料磨损以剥层磨损机制为主, 摩擦系数比单一SiC_P 增强复合材料低, 磨损率比单一G_rP 增强复合材料低得多, 比单一SiC_P 增强复合材料高。混杂复合材料对偶件的磨损比单一SiC_P 增强复合材料低得多。      

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料骨诱导修复植入体制备及微动摩擦学性能

引起植入体无菌松动的主要原因是植入体与骨组织之间的微动磨损。通过层叠法制备了碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,在模拟体温37℃、模拟体液(SBF)润滑条件下,探究CF/PEEK复合材料的基本力学性能和截面微动摩擦学性能。通过改变法向载荷和位移幅值,建立了摩擦力(Ft)-位移幅值(D)曲线、微动运行工况图和摩擦系数曲线,通过三维白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)对CF/PEEK复合材料进行磨损机制探究。结果表明：随着法向载荷的减少和位移幅值的增加,微动由部分滑移区、混合区向滑移区转变。摩擦系数曲线整体较为平稳,摩擦系数随着法向载荷的增加而降低,随着位移幅值的增加而增加,磨损体积随着载荷和位移幅值的增加而增加。且CF/PEEK复合材料截面也有较好的微动性能,磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。通过对复合材料截面摩擦学特性分析,为CF/PEEK复合材料替代金属植入体提供一定的理论基础。     

短碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用冷压烧结工艺制备了短碳纤维增强铜基复合材料,考察了该复合材料的干摩擦磨损性能.讨论了短碳纤维含量、载荷、转速等对复合材料摩擦性能的影响.结果表明:复合材料的耐磨性能明显优于基体材料;随着碳纤维含量的增加复合材料的耐磨性能进一步提高;随载荷和转速的提高,摩擦系数和磨损量也随之增加;复合材料由纯铜的粘着磨损转变为剥层磨损,并均伴有一定的氧化磨损.     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动磨擦转移膜的性能

通过摩擦实验及X射线光电子能谱分析（ESCA）研究了碳纤维增强聚醚醚酮滑动时形成的转移膜的摩擦性能,结果表明,与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比,碳纤维增强聚醚醚酮材料形成的转移膜薄,连续性均匀性好,因此其磨擦学性能好转移膜的成分沿其垂直于膜面的方向变化,表明此膜中存在着石墨和聚四氯乙稀的优先转移提出滑动磨擦转移膜的形成的粘着转移机制     

碳纤维增强复合材料的摩擦学研究进展

综述了碳纤维增强聚合物基、金属基、碳基等复合材料的研究和发展,分析了碳纤维的含量、碳纤维方向、纤维混杂、碳纤维的表面处理以及环境温度等因素对增强复合材料摩擦学性能的影响,并提出了今后需进一步深入研究的问题.     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的形状记忆效应

为推动形状记忆聚合物在空间等极端恶劣环境中的应用,以超薄碳纤维增强聚醚醚酮(Carbon fibers reinforced polyether-ether-ketone,CF/PEEK)预浸料为实验对象,采用薄膜叠层与热压成型工艺制备厚度为0.036 mm超薄预浸料的层合片材,研究了其在热应力驱动下的形状记忆行为。结果表明,在320℃加热-冷却热循环温度场的作用下,CF/PEEK复合材料超薄层合板的初始变形的形状回复率近似可达100%,当变形循环达到100次时,其形状回复率仍然可以保持在90%以上。此外,根据层合板变形的温度与应力-应变关系,解释了CF/PEEK复合材料的热应力驱动变形机制。在此基础上,改变CF/PEEK层合板厚度进行仿真设计,实现了初始状态与深海珊瑚形状、立方体、灯笼草形状之间的变形与回复。利用记忆变形产生的机械夹紧力,完成了硬币抓取实验,验证了CF/PEEK复合材料在主动变形结构应用的可行性。      

酸性介质中不同聚醚醚酮纳微复合材料的耐蚀与耐磨性能

分别研究了不同质量分数的纳米SiC填充碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)和钛酸钾晶须/聚醚醚酮(PTW/PEEK)复合材料在pH=1的硫酸溶液中的耐蚀性能和摩擦学性能。采用电化学工作站评价复合材料的耐蚀性能,使用差热分析仪与扫描电镜分析了复合材料的玻璃化转变温度与磨损面的形貌,并讨论了复合材料的防腐和耐磨机理。结果表明,在腐蚀性介质中质量分数2.5%纳米SiC增强复合材料的耐蚀性最佳,此时纳米SiC增强PTW/PEEK复合材料的耐蚀性能优于纳米SiC增强CF/PEEK复合材料。在酸性环境下,2.5%纳米SiC增强复合材料的摩擦学性能最佳,在滑动摩擦过程中,PTW不但起到了承载的作用,而且暴露的PTW可以填充到对偶面的划痕之中,减小了纤维对复合材料的刮擦以及磨粒磨损程度,所以相同含量纳米SiC增强PTW/PEEK复合材料优于CF/PEEK的摩擦学性能,其耐磨性是CF/PEEK复合材料的5倍。     

多孔PEEK自润滑材料的制备与摩擦磨损性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了多孔聚醚醚酮(PEEK)发汗式自润滑材料,并分别考察了成型压力、造孔剂含量和润滑油脂种类对PEEK多孔自润滑材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,压力为100MPa,NaCl的质量分数为30%,采用通用锂基脂时,所得多孔PEEK自润滑材料的磨损率最低,200N下磨损率为2.73×10-16m3/(N.m),与纯PEEK干摩擦相比耐磨性提高了1245倍,其耐磨性较经典的炭纤维增强PEEK复合材料还提高了32倍。研究表明,多孔结构能够储存润滑油,在摩擦过程中能通过发汗作用在对偶面上形成稳定连续的油膜而起到良好的润滑作用,从而大幅降低复合材料的摩擦系数和磨损率。     

聚苯酯基复合材料的摩擦学性能

对比考察了炭纤维(CF)、聚四氟乙烯(PTEE)、单独和混合填充聚苯酯复合材料的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了磨损面形貌,并探讨了其摩擦磨损机理.结果表明,CF、PTEE填充Ekonol复合材料,比CF或PTEE单独填充复合材料的低摩擦系数、低磨损率还分剐降低了17%、48%,是纯Ekonol摩擦系数的58%,耐磨性的1.8×104倍.CF、PTEE二者表现出了协同润滑与减磨效应.PTEE改善了难熔基体颗粒之间以及基体与纤维之间的粘接,而含量适当的CF对Ekonol起到了承载作用,且协助形成连续、均匀的转移膜.     

润滑条件下三维编织炭复合材料的摩擦学特性

采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了润滑条件下三维编织炭/环氧复合材料的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

颗粒填充环氧复合材料的摩擦学性能研究进展

阐述了近年来颗粒填充环氧树脂复合材料摩擦学性能方面的研究进展。分析了填充颗粒的种类、尺寸、含量及颗粒表面改性对填充环氧树脂复合材料摩擦学性能的影响;讨论了载荷、滑动速率及温度等摩擦外在条件对其摩擦学性能的影响规律;探讨了目前颗粒填充环氧复合材料摩擦磨损机理的研究现状,指出了计算机模拟仿真技术将是颗粒填充环氧复合材料摩擦磨损性能未来研究的重要方向。     

A Comparative Investigation of the Tribological Behavior of Short Fiber Reinforced Polyimide Composites Under Dry Sliding and Water-Lubricated Condition

The friction and wear behavior of high performance polyimide (PI) and its composites reinforced with short cut fibers such as carbon fiber, glass fiber and quartz fiber was comparatively evaluated under dry sliding and water-lubricated condition, aiming at selecting matching materials for the pumps of pure water power transmission. The wear mechanisms of the composites under the two different sliding conditions were also comparatively discussed, based on scanning electron microscopic examination of the worn composite and steel counterpart surfaces. As the results, the PI composites reinforced with carbon fiber have the best mechanical and tribological properties compared with glass fiber and quartz fiber. PI composites sliding against stainless steel register lower friction coefficients and wear rates under water-lubricated condition than under dry sliding though the transfer of PI and its composites was considerably hindered in this case. PI and its composites are characterized by plastic deformation, micro cracking, and spalling under both dry-and water-lubricated sliding. Such plastic deformation, micro cracking, and spalling is significantly abated under water-lubricated condition. The glass and quart2 fibers were easily abraded and broken when sliding against steel in water environment, the broken fibers transferred to the mating metal surface and increase the surface roughness of mating stainless steel. This is probably the cause of the increased wear rate of glass fiber and quartz fiber PI composites in this case.     

不同类型颗粒混合增强铁基复合材料的磨损性能

采用电流直加热动态热压烧结工艺制备陶瓷颗粒增强铁基复合材料,研究高体积分数(25%,30%,35%)下,单一类型颗粒(SiC,TiC,TiN)及混合类型颗粒(TiC+TiN,SiC+TiN,SiC+TiC)作为增强相对铁基复合材料磨损性能的影响。结果表明:单一类型粒子强化时,TiNP/Fe复合材料的耐磨性最好,TiCP/Fe次之,SiCp/Fe最差。混合粒子作为增强体时,(TiC+TiN)P/Fe复合材料磨损性能显著优于其对应的单一颗粒增强材料;其中粒子含量为30%时,(TiC+TiN)P/Fe复合材料磨损性能提高最大,其磨损量比TiCP/Fe降低了51.9%,比TiNp/Fe复合材料降低了44.1%,体现出可贵的混合增强价值。(SiC+TiC)_P/Fe和(SiC+TiN)P/Fe复合材料的磨损性能分别处于对应的两个单一颗粒增强材料之间。磨损表面观察表明,耐磨性好的(TiC+TiN)P/Fe复合材料的磨损机理为磨粒磨损,而(SiC+TiC)_P/Fe和(SiC+TiN)P/Fe复合材料除磨粒磨损外还存在明显的疲劳磨损现象。     

镍基复合材料在水环境中的摩擦学性能及磨损机理研究

本文考察了Ni-SiC-石墨系复合材料在水环境中的摩擦学性能,并研究其磨损机理.结果表明:复合材料在水环境中的摩擦系数比干摩擦降低了一半左右,磨损率仅为干摩擦下的1/15,水环境中,负荷和速度的变化对摩擦系数的影响不大,摩擦系数基本保持在0.28～0.32之间,磨损率随负荷和滑动速度的增加而不断增加.磨损表现为机械微切削;摩擦副表面吸附水的边界润滑作用以及水的冷却作用使材料容易耗散摩擦热,塑性变形减小,严重粘着磨损明显减轻.水的存在使不锈钢偶件更容易发生氧化,同时暴露于磨损表面的SiC以及由于水的渗透而导致与基体脱粘的SiC,易被氧化生成SiO2,进而SiO2发生水合反应在磨擦对偶表面生成不均匀的SiO2·nH2O水合反应膜,起到了一定的减磨润滑作用,显著降低摩擦系数和磨损率.