环境温度和湿度对改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

摘要

由于聚合物材料对温度、湿度的特殊敏感性，因此，在众多的服役条件下温度和湿度这两个因素，对其摩擦学特性的影响尤为突出，并直接关系到其使用性能和寿命。本文系统阐述了聚合物基复合材料在不同温度、湿度条件下的摩擦学特性，并细致分析了其影响的机理，对于聚合物基复合材料的科学研究和工程应用都有很好的借鉴价值和指导意义。 本论文以改性PTFE三层复合材料为研究对象，制备了一种含PI的改性PTFE三层复合材料(代号P02)，并选取了一种不含PI的高性能商品化配方(代号P01)以作对比。选择了一系列环境温度20℃、60℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃，系统地考察了材料的摩擦磨损性能。试验、分析结果表明：两种试样的摩擦系数均随环境温度的升高而下降，且在200℃以上摩擦系数随温度升高下降明显；两种试样的磨损量在20℃时出现一个反常的稍高现象，这与19℃时PTFE的晶型转变有关；此后随环境温度的升高磨损量显著增大。从摩擦磨损的数值来看，P01比P02性能稍优；但在高温情况下，P02的磨损稳定性较好，说明PI对材料的高温性能有明显的改善作用。在不同环境温度下的摩擦磨损机理是：20℃时出现一个反常的稍高现象，这与19℃时PTFE的晶型转变有关，但其主要磨损方式是正常的粘着转移十疲劳磨损；20～200℃是属于正常磨损，主要磨损方式是正常的粘着转移+疲劳磨损+少量剥落；200～300℃的主要磨损方式是大变形状态下大量的粘着转移；300℃以上是材料的熔融和变形状态下的大量的粘着转移。 论文还选择了一系列环境湿度15％、45％、60％、75％、100％，系统地考察了不同环境湿度下改性PTFE三层复合材料的摩擦磨损性能。试验、分析结果表明：在环境湿度为15％～75％的范围内，改性PTFE三层复合材料的摩擦系数随湿度增加而增大，湿度为100％时摩擦系数明显减小；磨损量随湿度增加先减小后增大，磨损量最小的状态出现在湿度既不太高又不太低的中间湿度点分别为45％和60％，与试验时的大气湿度相当。比较P01和P02的结果发现，虽然P01试样的摩擦系数总体稍低，但磨损量较大，显示了P01对湿度的敏感性稍大。由此说明，PI的加入可能有助于改善改性PTFE三层复合材料在不同湿度下摩擦学性能的稳定性。在不同湿度下的磨损结果观察分析表明，其磨损方式以疲劳剥层磨损为主。水汽的存在，一方面存在一定的润滑作用，另一方面，基体半晶区以及填料的吸水会对基体结构产生不利影响。所以在低湿度下，随湿度增加，润滑作用明显，因此会减小磨损，但因削弱了转移膜的形成，所以摩擦系数并未降低；在较高湿度下，随湿度增加，吸水作用对聚合物基体结构的破坏作用明显，因此会增大磨损；相对湿度为100％时，摩擦系数降低，与大量水在界面上形成的润滑有关。 通过本论文的研究，得出了环境温度、湿度对改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响规律，对开发高性能改性PTFE三层复合材料具有一定的指导意义。此外，关于温度、湿度对改性PTFE三层复合材料磨损机理的影响还有待深入研究。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1前言

1.2填充改性PTFE复合材料

1.3环境温度和湿度对聚合物材料摩擦磨损性能的影响

1.3.1环境温度对材料摩擦磨损性能的影响

1.3.2环境湿度对材料摩擦磨损性能的影响

1.4课题提出、意义和主要内容

1.4.1课题提出和意义

1.4.2主要研究内容

1.5本章小结

第二章样品的制备与实验测试

2.1样品的制备

2.1.1钢背-青铜粉-改性树脂三层自润滑复合材料

2.1.2样品的制备

2.2摩擦磨损实验测试

2.2.1摩擦磨损试验机

2.2.2摩擦磨损试验

2.3本章小结

第三章环境温度对改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

3.1温度对含PI的改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

3.1.1试验结果

3.1.2磨损表面观察与分析

3.2温度对不含PI的改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

3.2.1试验结果

3.2.2磨损表面观察与分析

3.3 P01和P02的结果比较

3.4磨损机理分析

3.5本章小结

第四章环境湿度对改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

4.1湿度对含PI的改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

4.1.1试验结果

4.1.2磨损表面观察与分析

4.2湿度对不含PI的改性PTFE三层复合材料摩擦学性能的影响

4.2.1试验结果

4.2.2磨损表面观察与分析

4.3 P01和P02的结果比较

4.4磨损机理分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文