增強(qiáng)PA6基多相摩擦材料及其摩擦磨損特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對高性能高分子材料的需求與日俱增。聚酰胺6(PA6)具有比強(qiáng)度高、自潤滑、耐腐蝕、易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的、具有廣闊應(yīng)用前景的摩擦材料。然而針對保證PA6力學(xué)性能的同時(shí)提高其摩擦學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)高性能的研究甚為不足;填料的減摩抗磨機(jī)制、復(fù)合填料的協(xié)同作用等也缺乏深入研究。本文針對這種現(xiàn)狀，首先采取玻璃纖維(GF)或納米二氧化鈦(nano-TiO2)增強(qiáng)PA6，提高其力學(xué)性能和耐磨性;然后采取單一或復(fù)合固體潤滑劑進(jìn)一

2、步改善復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)其高性能化。探討了固體潤滑劑種類、含量、配比、載荷、轉(zhuǎn)速對摩擦磨損性能的影響規(guī)律，研究了填料的協(xié)同作用以及復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)理，考察了復(fù)合固體潤滑劑的動態(tài)及靜態(tài)力學(xué)性能、熔融結(jié)晶行為。
　　(1)系統(tǒng)研究不同填料對PA6的力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響規(guī)律。GF和nano-TiO2能顯著提高PA6的力學(xué)性能，并且適當(dāng)改善其耐磨性。PTFE能大幅降低PA6的摩擦系數(shù)，但是常用的幾種固體潤滑劑均增大了P

3、A6的磨損率。
　　(2)采用固體潤滑劑改性GF增強(qiáng)PA6(PA6/GF)，研究發(fā)現(xiàn)，40N、200rpm時(shí)，單一固體潤滑劑改性PA6/GF，聚四氟乙烯(PTFE)和GF產(chǎn)生協(xié)同作用，PTFE快速形成轉(zhuǎn)移膜起潤滑作用，GF有增強(qiáng)基體和應(yīng)力支撐的作用，二者協(xié)同改善PA6/GF的摩擦磨損性能。利用復(fù)合固體潤滑劑PTFE/UHMWPE、Gr/PTFE、Gr/UHMWPE、PTFE/UHMWPE/Gr改性PA6/GF，除Gr/UHMWPE

4、外，在合適配比時(shí)，復(fù)合固體潤滑劑都表現(xiàn)出協(xié)同作用，顯著提高了PA6/GF的摩擦磨損性能。單一和復(fù)合固體潤滑劑改性PA6/GF復(fù)合材料，其摩擦磨損機(jī)理和摩擦磨損性能與材料組成和工況條件有關(guān)，當(dāng)復(fù)合材料的磨損形貌為大量纖維斷裂時(shí)，往往復(fù)合材料的摩擦磨損性能較差。除Gr外，單一和復(fù)合固體潤滑劑都提高了PA6/GF的高速使用性能，復(fù)合材料磨損表面溫度由低熔點(diǎn)組份控制，表面溫度升高到低熔點(diǎn)物質(zhì)的熔點(diǎn)后不再上升，高熔點(diǎn)物質(zhì)保護(hù)摩擦次表層，降低摩擦磨

5、損。PA6/GF復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度受固體潤滑劑的影響較小。單一或復(fù)合固體潤滑劑(除PTFE/UHMWPE/Gr)外都提高了PA6/GF的儲能模量，所有固體潤滑劑都降低了PA6/GF中PA6的結(jié)晶度。
　　(3)探討了固體潤滑劑對nano-TiO2增強(qiáng)PA6(PA6/TiO2)的改性效果。40N、200rpm時(shí)，單一固體潤滑PTFE、UHMWPE和nano-TiO2有協(xié)同作用，PTFE和UHMWPE快速形成轉(zhuǎn)移膜和潤滑膜，

6、起潤滑作用;nano-TiO2將PTFE或UHMWPE膜釘扎在PA6或金屬對偶表面，nano-TiO2在摩擦界面支撐應(yīng)力，阻止金屬突峰深入表層，降低基體形變，固體潤滑劑和nano-TiO2協(xié)同提高摩擦磨損性能。不同測試條件下，PTFE改性PA6/TiO2的效果最好，磨損機(jī)理主要為粘著磨損和磨粒磨損。復(fù)合固體潤滑劑UHMWPE/PTFE、UHMWPE/MoS2、PTFE/MoS2和UHMWPE/PTFE/MoS2改性都能顯著改善PA6/T

7、iO2的摩擦學(xué)性能，不同固體潤滑劑有協(xié)同作用。40N、200rpm時(shí)，復(fù)合固體潤滑劑HMWPE/PTFE/MoS2配比為5/5/5時(shí)，有利于硫鐵化合物的生成，加強(qiáng)了轉(zhuǎn)移膜和對偶的粘附，便于形成均勻致密的轉(zhuǎn)移膜，復(fù)合改性效果最好，磨損機(jī)理主要為粘著磨損和磨粒磨損。100N、200rpm和40N、1500rpm時(shí)，分別是UHMWPE/MoS2(7.5/7.5％)和UHMWPE/PTFE(7.5/7.5％)復(fù)合改性效果最好，主要以粘著磨損為主

8、。除MoS2和UHMWPE/MoS2外，單一和復(fù)合固體潤滑劑都顯著提高了PA6/TiO2復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。固體潤滑劑MoS2、PTFE/MoS2和UHMWPE/MoS2提高儲能模量，其余固體潤滑劑降低儲能模量;除PTFE外，所有單一及復(fù)合固體潤滑劑都降低PA6/TiO2中PA6的結(jié)晶度。
　　(4)以前期研究成果為基礎(chǔ)，成功開發(fā)了一種綜合性能優(yōu)異的PA6基耐磨材料并應(yīng)用于帶式輸送機(jī)托輥，托輥經(jīng)現(xiàn)場使用效果良好，可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和