不同填料在聚合物摩擦转移中的作用

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guangzhilin123546
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聚合物基复合材料在工程材料领域得到了越来越广泛的应用,其中涉及摩擦学的应用最多。聚合物基复合材料在摩擦过程中常发生摩擦转移并在对偶件表面形成转移膜,这对聚合物基复合材料的摩擦学特性起着决定性的作用。转移膜的形成受摩擦工况条件、对偶件表面形貌、填料的种类和含量等影响。因此,论文选用PTFE作为基体材料和Al2O3、ZnO、SiO2、Gr、TiC、SiC为填料制备的复合材料为研究对象,从填料含量、载荷、速度、对偶件表面纹理方向等方面研究了复合材料在对偶件表面形成的转移膜。运用光学显微镜、SEM等观察分析PTFE基复合材料在摩擦过程中转移膜的形态特征;通过纳米压痕法和纳米划痕法考察了转移膜的力学性能。研究结果表明:(1)本实验条件下,六种填料中SiO2和TiC的填充效果最好,形成的转移膜较好。SiO2/PTFE和TiC/PTFE复合材料所形成的转移膜都具有随着填料含量的增加逐渐变好,当达到最佳含量后又开始变差的趋势,并且TiC/PTFE复合材料形成的转移膜要比SiO2/PTFE复合材料的厚。SiO2和TiC的最佳含量都是10%,此时的复合材料具有较好的摩擦磨损性能,生产的转移膜也较为均匀、致密、光滑而平整。(2)载荷对复合材料的转移膜有着重要的影响,适当的载荷能够促进转移膜的形成。随着载荷的增加,复合材料的转移膜变的逐渐连续、均匀、致密。本实验条件下,SiO2/PTFE和TiC/PTFE复合材料的最佳载荷都是471N左右。(3)速度对转移膜的形成也有一定的影响,PTFE基复合材料形成的转移膜的最佳状态对应着一个合适的速度,当然不同的PTFE基复合材料可能对应着不同的最佳速度。例如,本实验条件下,SiO2/PTFE复合材料的最佳速度是0.1062m/s,而TiC/PTFE复合材料的是0.1327m/s。(4)不同纹理方向的对偶面所形成的转移膜的表面形貌有着明显的不同。0°方向对应的转移膜相对均匀和连续但转移膜较薄,45°方向对应的转移膜比较完整且比0°的厚,而90°方向对应的转移膜均匀性和连续性是三种纹理方向中最差的。(5)SiO2/PTFE复合材料转移膜的纳米硬度和弹性模量都高于Al2O3/PTFE复合材料转移膜的数值,即SiO2/PTFE复合材料转移膜的力学性能比Al2O3/PTFE复合材料转移膜的要好。 SiO2/PTFE复合材料形成的转移膜比Al2O3/PTFE复合材料形成的转移膜要薄;同时SiO2/PTFE复合材料转移膜的界面结合强度大于Al2O3/PTFE复合材料转移膜的界面结合强度。PTFE基复合材料转移膜的形成与膜基界面结合强度的大小有关,好的转移膜具有较大的膜基界面结合强度,同时也会对提高复合材料的摩擦学性能有益。
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