论文部分内容阅读
多孔聚合物基自润滑复合材料自身具备多孔结构或多孔载体,润滑油或润滑脂可以贮存在这些孔道或载体中。摩擦时,由于摩擦热和载荷的耦合作用,润滑油脂持续且稳定地析出,在摩擦表面形成稳定的润滑油膜,起到减摩耐磨作用,具有广阔的应用前景。本文制备了多孔聚合物基自润滑复合材料,研究了造孔剂含量或润滑添加剂对复合材料摩擦学性能的影响,结合扫描电子显微镜(SEM)对复合材料内部结构、磨损面及对偶面等进行多角度观察和分析,讨论了相关摩擦磨损机理。同时,借助有限元分析,进一步揭示多孔自润滑复合材料的孔隙结构及孔隙率与摩擦磨损性能之间的内在规律以及摩损面上自润滑膜的成膜机理。论文的主要研究内容和结论可归纳如下:1.选用聚醚醚酮(PEEK)为基体材料,NaCl为造孔剂,锂基润滑脂为润滑剂,采用模压滤取、真空熔渍方法制备了多孔聚醚醚酮(PEEK)基自润滑复合材料。首先,通过摩擦实验,考察了造孔剂含量对多孔PEEK复合材料内部结构与摩擦磨损性能的影响。其次,根据PEEK复合材料在持续旋转双环摩擦运动中摩擦热及应力变化特点,结合材料SEM分析,建立二维几何轴对称模型。最后,通过数值分析,考察了材料在温度场与应力场的性能特征,分析了孔隙率对多孔PEEK基复合材料的温度、位移及应力分布情况的影响。结果表明,模拟结果与实测值的最大误差小于7%。该研究有助于指导多孔PEEK基自润滑复合材料的制备及摩擦学性能的研究。2.以聚苯硫醚(PPS)为基体材料制备了多孔聚苯硫醚(PPS)基自润滑复合材料。实验结果表明,NaCl含量为30wt.%,孔隙率为21%时,多孔PPS复合材料的摩擦系数、磨损率及接触表面温度为最小值,分别为0.026、3.75×10-16m3(Nm)-1及44.3℃。与纯PPS相比,其摩擦系数减小90%,耐磨性能增强1.3×104倍。根据多孔材料微观形貌,建立二维等效体积单元模型,设计结构参数λ进行孔隙率计算。仿真复合材料摩擦运动,采用热-应力耦合场分析方法,考察了摩擦过程中材料的温度及应力分布云图。同时,分析了材料的孔结构及孔隙率对润滑脂的析出速率的影响,揭示了多孔PPS自润滑材料的自润滑机理。3.采用真空浸渍-滤洗方法制备了含油活性炭粉末(ACs-oil),然后将ACs-oil均匀地添加到环氧树脂中,制备了环氧树脂基自润滑复合材料(ACs-oil/EP)。考察了不同ACs-oil含量对ACs-oil/EP自润滑复合材料的摩擦学性能的影响。实验结果表明,摩擦条件为1MPa、0.52m/s,ACs-oil含量为10wt.%,复合材料摩擦系数与磨损率分别为0.47与11.5×10-14m3(Nm)-1。与纯环氧相比,摩擦系数降低26%,耐磨损性提高3.21倍。结合SEM和EDS分析断面、磨损面与对偶面微观形貌,讨论了ACs-oil/EP自润滑材料的自润滑机理。