碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明：随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^-6 mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。     

水润滑下316L不锈钢与聚醚醚酮摩擦磨损性能研究

为了寻找适合于水液压泵/马达的摩擦副材料,以316 L不锈钢与纯聚醚醚酮树脂、30%玻璃纤维增强PEEK(PEEKGF30)、30%碳纤维增强PEEK(PEEKCA30),PTFE和石墨及碳纤维填充PEEK(PEEKHPV)组成的摩擦副为研究对象,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机测量摩擦副在水润滑下接触表面的摩擦因数和温度以及试样的磨损量,并通过激光共聚焦显微镜对试件表面磨损形貌进行分析。结果表明:316 L-PEEKHPV摩擦副的摩擦因数、摩擦温升、磨损量均小于其余3组摩擦副,适合作为水液压泵/马达的关键摩擦副材料。316 L不锈钢与PEEKGF30配对时,摩擦机制为涂抹和擦伤,磨损较为严重;与PEEKCA30配对时,摩擦机制为擦伤;与PEEKHPV配对时摩擦机制主要为划伤,磨损较为轻微。     

Fe3Al基摩擦材料烧结性能及摩擦学特性初探

用球磨机械合金化工艺制备Fe3Al粉末,采用粉末冶金工艺,选择不同的烧结温度、烧结压力和保温时间,获得Fe3Al基复合材料的最佳烧结工艺条件。对最佳工艺条件获得的材料的物理机械性能、摩擦磨损性能和微观结构进行分析测试,借助磨损表面扫描图像和能谱分析,分析该材料的磨损形式,并探讨该材料在低速低载和高速重载2种工况条件的磨损机制。结果表明:采用烧结温度为1 100℃,烧结压力为10 MPa下保温30 min的工艺条件烧结的材料有较好的机械性能和摩擦磨损性能。其摩擦磨损机制为:低速低载以疲劳磨损和磨粒磨损为主,高速重载以疲劳磨损和磨粒磨损为主,并伴有轻微的黏着磨损形式。     

木质素纤维增强摩擦材料的性能研究

制备一种木质素纤维增强摩擦材料,采用冲击试验机和硬度计分析其力学性能,采用摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪分析其断面形貌及磨损表面形貌,并探讨其磨损机制。结果表明:与钢纤维相比,木质素纤维能够提高摩擦材料的抗冲击韧性和抗断裂韧性,降低摩擦材料的硬度;在摩擦过程中木质素纤维在摩擦材料表面形成一层致密的摩擦层和转移膜,使摩擦材料的摩擦因数比较稳定,且300℃高温时没有出现明显的热衰退现象,磨损量符合国家标准的范围;SEM和X射线衍射分析表明,木质素纤维与基体结合强度高,对摩擦材料增强效果显著,其在高温阶段的主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

钢纤维和莫来石纤维增强陶瓷基摩擦材料的性能研究

采用热压烧结法制备出钢纤维和莫来石纤维增强陶瓷基摩擦材料,对比分析钢纤维、钢纤维和莫来石纤维的混杂纤维以及莫来石纤维增强陶瓷基摩擦材料的机械性能和摩擦磨损特性。利用扫描电子显微镜(SEM)观察不同温度下的磨损表面和磨屑形貌,并研究其磨损机制。研究结果表明,钢纤维和莫来石陶瓷混杂纤维增强的陶瓷基摩擦材料具有较高的机械强度以及良好的摩擦稳定性和耐磨性能,以莫来石纤维增强的陶瓷基摩擦材料,摩擦因数表现出严重的热衰退,且具有低的耐磨损性能。SEM分析表明,在从低温到高温的摩擦过程中,钢纤维和莫来石陶瓷混杂纤维增强的陶瓷基摩擦材料的磨损形式主要由黏着磨损转化为黏着磨损与磨粒磨损的复合磨损形式,而以莫来石纤维增强的陶瓷基摩擦材料,其磨损形式以磨粒磨损为主。     

基于液压往复密封的聚醚醚酮性能研究及其应用

针对液压往复密封的低摩擦、高耐磨、耐高压抗挤出、耐液压油等独特工况条件,采用聚四氟乙烯(PTFE)和碳纤维对聚醚醚酮(PEEK)材料进行填充改性,研究改性PEEK材料的力学性能和摩擦磨损性能,并与填料改性PTFE材料进行比较。通过结构设计和有限元仿真分析,对改性PEEK材料与弹性体材料组合的密封件在不同温度下的密封性能进行了模拟和分析,并通过密封功能试验对模拟分析结果进行了验证。结果发现:质量分数20%PTFE填充改性PEEK材料的摩擦因数最低,且其对金属摩擦副无损伤,更适用于液压往复密封;组合密封能有效克服PEEK材料弹性性能差、安装困难的不足。有限元仿真分析结果表明,组合密封在不同温度下能很好适应42 MPa的压力。密封功能试验表明,组合密封比单一PEEK材料密封的启动摩擦力小、泄漏率低,证明改性PEEK材料可替代聚四氟乙烯和尼龙材料应用在液压往复密封领域。     

增强纤维对纸基摩擦材料性能的影响

分别以碳纤维、芳纶纤维和纤维素纤维为增强体,采用湿法工艺制备出3种纸基摩擦材料。借助扫描电镜、热重分析仪和摩擦磨损性能试验机研究不同增强纤维纸基摩擦材料的微观形貌、耐热性能和摩擦磨损性能。结果表明:增强纤维在树脂基体中随机分布,形成大小不一的孔隙;纸基摩擦材料的热失重过程可以分为4个阶段,碳纤维增强纸基摩擦材料的第一阶段失重量仅为1.3%,耐热性能优异;在压力和转速变化条件下,碳纤维增强纸基摩擦材料动摩擦因数的稳定系数分别为91.7%和97.3%,磨损率为2.56×10-5mm3/J,远优于其他2种纤维增强的纸基摩擦材料。     

偶联剂处理碳酸钙晶须对聚醚醚酮摩擦磨损性能的影响

使用耐高温SPEEK偶联剂对碳酸钙晶须进行表面处理,利用热压成型方法制备质量分数为0~30%的碳酸钙晶须增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,在MM-200型磨损试验机上测试复合材料与45#钢环配副的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,分析磨损机制。结果表明,SPEEK偶联剂改善了晶须与PEEK基体的界面结合,提高晶须的力学增强效果,复合材料的减摩和耐磨性能显著提高。填充10%~25%晶须,复合材料具有较好的摩擦磨损性能。碳酸钙晶须提高了复合材料承载能力,减少摩擦副表面粘着,阻止树脂的热塑性变形,复合材料磨损以磨粒磨损和疲劳磨损为主。     

丁腈橡胶含量对橡胶／ 树脂双基体摩擦材料性能的影响

采用开炼法结合热处理的工艺方法制备不同丁腈橡胶含量的双基体摩擦材料试样。借助热分析仪、扫描电镜和湿式摩擦性能试验机研究丁腈橡胶含量对双基体摩擦材料摩擦磨损性能、磨损机制和热性能的影响。实验结果表明:当丁腈橡胶质量分数为25%时动、静摩擦因数均达到最大,对偶材料的磨损最小;当丁腈橡胶含量较低时,摩擦材料有明显的机械剥离,含量较高时黏着磨损与磨粒磨损特征明显;摩擦材料的最大分解温度随丁腈橡胶的含量增加而有所降低。     

PEEK450 FC30与SiC陶瓷在海水润滑下的摩擦磨损特性研究

碳纤维增强聚醚醚酮PEEK450 FC30与工程陶瓷SiC软硬组合作为海水柱塞泵关键摩擦副备选材料,利用MCF 10摩擦磨损试验机对其在海水润滑下的摩擦磨损特性进行试验研究,探讨接触压力、滑动转速对材料磨损率和摩擦系数的影响规律。试验结果表明：在一定范围内的滑动速度、接触压力下,该摩擦副呈现出较小的磨损率和摩擦系数。当滑动速度在0.5~1.5 m/s之间,接触压力为1.33 MPa时,磨损率最小。通过扫描电子显微镜观察摩擦副磨损表层发现,在海水润滑下,SiC磨损并不明显,而PEEK450 FC30的磨损主要是以塑性涂抹为特征的粘着和SiC表面粗糙峰引起的机械犁耕。研究结果对水液压元件的选材具有十分重要的指导作用。