聚合物基自润滑材料的研究现状和进展.doc
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1、聚合物基自润滑材料的研究现状和进展由于聚合物本身具有较低的摩擦系数,优良的机械性能及耐腐蚀性等优点,其基自润滑复合材料具有非常优异的摩擦磨损性能,正在被广泛的应用到减摩领域。本文综述了聚醚醚酮、聚四氟乙烯及聚酰亚胺等几种高聚物的摩擦磨损特点及其应用,聚合物基自润滑复合材料发展现状。指出目前聚合物基高性能自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度,通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能,有效提高其综合性能。聚合物基自润滑材料可取代传统金属材料,成为全新的一类耐摩擦磨损材料。论文关键词:高聚物,复合材料,自润滑材料,摩擦,磨损 1、 聚醚醚酮(PEEK)
2、 1.1 聚醚醚酮(PEEK)的特点 聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能热塑性高聚物,具有良好机械性能、抗化学腐蚀性和抗辐射性,显着的热稳定性和耐磨性。它可以在无润滑、低速高载下或在液体、固体粉尘污染等 恶劣环境下使用。因而关于聚醚醚酮及其复合材料的研究越来越受到人们重视。聚醚醚酮是一种半晶态热塑性聚合物,为了改善其机械性能,尤其是摩擦学性能,常在其中添加聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)和碳纤维(FC)等材料,也可添加颗粒增强型材料或进行特种表面处理等离子体处理等。当聚醚醚酮及其复合材料与金属材料相互对磨时,通常在金属表面形成聚合物转移膜,其结构、成分均与原有的聚合物及复合材料不同,其
3、性能、厚度及连续程度均对摩擦副的摩擦学性能有重大影响4。 1.2 对聚醚醚酮(PEEK)摩擦性能的研究 章明秋等人5,6对聚醚醚酮(PEEK)在无润滑滑动条件下磨损产生的磨屑的形态进行研究,结果表明,聚醚醚酮(PEEK)的磨屑具有分形特征,其分形维数与载荷的关系对应于磨损率与载荷的关系,能够反映聚醚醚酮(PEEK)磨损机制的变化。在给定的试验条件下,随着载荷的增大,聚醚醚酮(PEEK)的磨损机制从粘着磨损为主伴随着疲劳-剥层磨损,进而转变为热塑性流动磨损。 张人佶等7,8利用扫描电镜、扫描微分量热仪、红外光谱仪、俄歇电子谱仪等分析手段系统的研究了聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料的滑动转移膜,结
4、果表明:纯聚醚醚酮(PEEK)在滑动摩擦过程中形成不连续的转移膜。聚四氟乙烯(PTFE)的光滑分子结构有助于使转移膜更光滑,固体润滑效果也更好。在PEEK/FC30中,不仅加入PTFE,而且加入具有层状结构的石墨,碳纤维磨损后的石墨也同时进入转移膜,使得转移膜的强度和韧性更好,寿命提高。 1.3 聚醚醚酮的应用 聚醚醚酮(PEEK)是一类倍受欢迎的耐磨减摩材料,其承载能力和耐磨性比较强,温度对其摩擦磨损性能及机械性能影响也不大。这类自润滑复合材料可用于制作飞机上的耐热、耐有机溶剂的连接件,汽车轴承支架、活塞密封、发动机的传动装置,精密电子设备等零部件。但由于聚醚醚酮(PEEK)本身的价格高且成
5、型加工困难,在普通的工程应用中受到了很大的限制9。 2 聚四氟乙烯(PTFE) 2.1聚四氟乙烯(PTFE)低摩擦系数特点聚四氟乙烯(PTFE)是一种耐热性聚合物,其分子结构规整、静摩擦系数很小。当聚四氟乙烯(PTFE)与其它物体对摩时,由于聚四氟乙烯(PTFE)大分子容易被拉出结晶区,因而在摩擦之初就向对摩面转移,以库伦力和范德华力在对摩面上形成一层2030nm厚的薄膜,这层薄膜的大分子按滑动方向高度取向,从而摩擦系数很低10。另外,在摩擦过程中还会发生摩擦化学反应,能够影响转移膜的生成及其完整性11。由于聚四氟乙烯(PTFE)的表面能极低,其转移膜在对摩面上的附着性较差,导致聚四氟乙烯(P
6、TFE)做摩擦材料时具有严重的磨损。同时,由于聚四氟乙烯(PTFE)的弹性模量小而线膨胀系数大,承载能力低,使其作为摩擦件使用受到了限制。为了改善聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨性,许多学者进行了卓有成效的研究工作。目前对聚四氟乙烯(PTFE)进行改性的方法主要有两个方面:一方面通过碱金属溶液、辉光放电以及等离子体对聚四氟乙烯(PTFE)材料表面进行改性处理;另一方面通过向聚四氟乙烯(PTFE)内填充纤维、无机粉末和有机高分子填料完成改性。这些填料的加入,除了提高了聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨性以外,还可以提高其硬度和刚度使制品具有良好的抗蠕变性和尺寸稳定性12。 2.2 对聚四氟乙烯(PTFE)
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