聚醚醚酮基复合材料的摩擦学研究进展

聚醚醚酮(PEEK)基复合材料是一类重要的高性能热塑性聚合物，在工程中有重要的应用价值。论述了不同实验条件下PEEK基复合材料的摩擦和磨损特性，讨论了复合材料的不同结构和组成对其摩擦磨损特性的影响。主要分析了聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酰亚胺(PEI)、热致液晶聚合物(TLCP)以及无机颗粒增强剂(包括纳米粒子)和纤维填料(玻璃纤维GF和碳纤维CF)对PEEK摩擦学特性的影响。并对PEEK改性手段的现状及前景进行了分析。     

纳米Al2O3和聚四氟乙烯填充聚醚醚酮基复合材料摩擦学特性研究

以热压成型法制备了纳米Al2 O3 和聚四氟乙烯 (PTFE)填充聚醚醚酮基 (PEEK)复合材料 ,利用销盘摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纳米Al2 O3 和PTFE填充PEEK的摩擦磨损特性。结果表明 ,纳米Al2 O3 使PTFE填充PEEK复合材料的摩擦磨损特性得到明显改善 ,其改善程度与纳米Al2 O3 的填充量有关 ,当纳米Al2 O3 的含量较低 (3% )时 ,纳米Al2 O3 PTFE PEEK复合材料与钢对偶面产生的磨损模式以磨粒磨损和犁削为主 ;而当纳米Al2 O3 的含量较高 (10 % )时 ,纳米Al2 O3 填充PEEK的磨损模式主要是粘着磨损 ;纳米Al2 O3 的含量为 5 %～ 7%时 ,PEEK复合材料的摩擦系数和比磨损率最低。随着载荷的增加 ,纳米Al2 O3 PTFE PEEK复合材料的摩擦系数将因纳米粒子效应和表面摩擦温升呈现下降趋势     

纳米Al2O3和聚四氟乙烯填充聚醚醚酮基复合材料摩擦学特性研究

以热压成型法制备了纳米Al2O3和聚四氟乙烯(PTFE)填充聚醚醚酮基(PEEK)复合材料,利用销盘摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纳米Al2O3和PTFE填充PEEK的摩擦磨损特性.结果表明,纳米Al2O3使PTFE填充PEEK复合材料的摩擦磨损特性得到明显改善,其改善程度与纳米Al2O3的填充量有关,当纳米Al2O3的含量较低(3%)时,纳米Al2O3-PTFE-PEEK复合材料与钢对偶面产生的磨损模式以磨粒磨损和犁削为主;而当纳米Al2O3的含量较高(10%)时,纳米Al2O3填充PEEK的磨损模式主要是粘着磨损;纳米Al2O3的含量为5%～7%时,PEEK复合材料的摩擦系数和比磨损率最低.随着载荷的增加,纳米Al2O3-PTFE-PEEK复合材料的摩擦系数将因纳米粒子效应和表面摩擦温升呈现下降趋势.     

纳米Al2O3和聚四氟乙烯填充聚醚醚酮基复合材料摩擦学特性研究

以热压成型法制备了纳米Al2O3和聚四氟乙烯(PTFE)填充聚醚醚酮基(PEEK)复合材料，利用销一盘摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纳米Al2O3和PTFE填充PEEK的摩擦磨损特性。结果表明，纳米Al2O3使PTFE填充PEEK复合材料的摩擦磨损特性得到明显改善，其改善程度与纳米Al2O3的填充量有关，当纳米Al2O3的含量较低(3％)时，纳米Al2O3-PTFE-PEEK复合材料与钢对偶面产生的磨损模式以磨粒磨损和犁削为主；而当纳米Al2O3的含量较高(10％)时，纳米Al2O3填充PEEK的磨损模式主要是粘着磨损；纳米Al2O3的含量为5％～7％时，PEEK复合材料的摩擦系数和比磨损率最低。随着载荷的增加，纳米Al2O3-PTFE-PEEK复合材料的摩擦系数将因纳米粒子效应和表面摩擦温升呈现下降趋势。     

石墨/聚醚醚酮复合材料的制备及其性能研究

采用快速热压烧结法制备了纯聚醚醚酮(PEEK)及石墨改性聚醚醚酮(GP/PEEK)复合材料。对比探究了纯PEEK和GP/PEEK复合材料的硬度、导热性能、摩擦学性能及抗摩擦静电性能等。结果表明：GP的加入虽会降低GP/PEEK复合材料的邵氏硬度,但显著提高了GP/PEEK复合材料的导热系数。同时,GP的加入也会影响复合材料的摩擦学性能。GP/PEEK复合材料的摩擦因数均低于纯PEEK材料,当石墨质量分数为15%时,15%GP/PEEK复合材料的减摩性较纯PEEK提高了59.5%;但GP/PEEK复合材料的耐磨性较纯PEEK下降。GP/PEEK复合材料的磨损机制以粘着磨损和磨粒磨损为主。当石墨质量分数15%时,15%GP/PEEK复合材料的摩擦静电现象几乎全部消失。     

晶须表面改性及其填充聚醚醚酮摩擦学行为

利用溶胶-凝胶(sol-gel)、氟表面活性剂(FSO)和钛酸酯偶联剂(NDZ-102)等对钛酸钾晶须(PTW)进行了表面改性,对比了改性后水接触角的变化,考察了干摩擦条件下PTW改性对聚醚醚酮(PEEK)复合材料摩擦磨损性能的影响. 利用SEM和光学显微镜观察了磨损面和对偶面转移膜形貌,并分析了其磨损机理. 实验结果表明:改性后PTW的水接触角均有不同程度的提高,FSO改性得最高;改性后PEEK复合材料的摩擦因数均降低,在各载荷下FSO和溶胶-凝胶改性PTW后PEEK复合材料耐磨性明显优于未改性的,300 N载荷下较未改性的分别提高2.64和2.11倍;但是NDZ-102改性却降低了复合材料的耐磨性.     

PEEK多元复合材料的制备和摩擦学性能

用模压方法制备了Ekonol/G/MoS2/PEEK多元复合材料,通过摩擦磨损实验方法对材料的摩擦学性能进行了研究,并用SEM对磨损表面进行了观察和分析,在此基础上探讨了复合材料的磨损机理。结果表明:用模压法制备Ekonol/G/MoS2/PEEK合材料是可行的;复合材料与PEEK相比,具有优良的摩擦学性能;随着Ekonol含量的增加,复合材料的磨损机理发生了由犁耕、磨粒、粘着磨损向疲劳磨损的转变。图8,参10。     

PEEK复合材料摩擦副的摩擦磨损分析

分析了PEEK复合材料的摩擦磨损机理,并作为自润滑材料运用于无油十字滑块压缩机的滑块-滑道摩擦副中.对影响滑块-滑道摩擦副寿命的诸多因素如滑动速度、工作载荷,表面工作温度等进行了分析,从而在设计中时这些参数进行合理而正确的选取.实验研究表明,PEEK复合材料作为自润滑材料用于滑块-滑道摩擦副是可行的.     

PEEK多元复合材料在不同转速下的摩擦学性能和磨损机理

用模压方法制备了Ekonol/G/MoS2/PEEK复合材料,通过摩擦磨损实验方法对其在不同转速下摩擦学性能进行了研究,并用SEM对磨损表面进行了观察和分析,在此基础上探讨了复合材料的磨损机理.结果表明:PEEK复合材料摩擦系数的大小与转速的大小有关;在300 rpm以下,随着转速的增大,复合材料的磨损呈先增加后减小趋势,其磨损机理发生了由粘着磨损向疲劳磨损的转变.转速大于300 rpm时,复合材料的摩擦系数再次增大,磨损加剧.图8,参11.     

磁场强度对叠层复合材料摩擦学性能的影响

采用叠装-粘接工艺制备了不同润滑剂含量的钢-聚合物叠层复合材料,以GCr15钢球为摩擦配副,在球-盘摩擦试验机上考察叠层复合材料在不同磁场强度下的摩擦学性能.摩擦实验结果发现:随着磁场强度增大,不含润滑剂的叠层复合材料(S0)的摩擦系数和磨损率均发生显著降低;含润滑剂的叠层复合材料(S4)的摩擦系数和磨损率先缓慢降低后增大.用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察磨损表面形貌和元素分布,分析其磨损机理表明:细小磨屑被磁场吸附在接触表面并形成了滚珠效应,显著改善了S0的磨粒磨损和粘着磨损;在摩擦热和涡流热作用下,润滑剂迁移到硅钢表面并形成转移膜,使得S4具有良好的润滑性能;在无磁场时S4的聚合物表面发生疲劳剥落,在磁场作用下聚合物以塑性流动和粘着磨损为主.     

Cu-Fe基摩擦片摩擦磨损性能的研究

为探究带式运输机铜基摩擦片的摩擦学行为,采用粉末冶金工艺制备Cu-Fe基摩擦材料。在干式制动条件下用环-块摩擦磨损试验机研究摩擦片的摩擦学行为。探索铁元素对铜基复合材料摩擦片摩擦行为和磨损机理的作用。结果表明,与铜-石墨复合材料相比添加了铁元素的铜-石墨复合材料在高载荷下表现出更好的摩擦学性能,其在摩擦表面上形成的富含石墨的机械混合层(MML)更加稳定。     

纳米SiC含量对Ti3SiC2/Al复合材料摩擦磨损特性的影响

采用SPS方法制备出SiC和Ti3SiC2双相增强Al基复合材料,并在MM-200型摩擦磨损实验机上进行干摩擦试验。研究了不同含量SiC对Ti3SiC2/Al复合材料组织及耐磨性的影响,结果表明,颗粒体积分数及磨损载荷对复合材料摩擦磨损特性有显著影响。复合材料具有良好的摩擦磨损性能,烧结温度为550℃,SiC的体积分数从0.5%上升到2%时,复合材料的摩擦系数从0.34降到0.285,降低16.2%。烧结温度为400℃,SiC的体积分数从0.5%上升到2%时,复合材料的磨损量从0.0079降到0.0039,降低50.63%。     

水润滑条件对UHMWPE复合材料的摩擦行为影响研究

为研究不同水润滑条件对超高分子量聚乙烯/橡胶复合材料摩擦过程的影响,通过高温混炼和热压成型制备不同橡胶填充不同UHMWPE复合材料.利用Mrh-3型环块摩擦实验机,通过控制变量法定量研究不同组分复合材料的摩擦磨损性能,从而优选出最终UHMWPE复合材料.针对选定材料研究3种水润滑工况对摩擦过程的影响,同时利用SEM分析磨损表面,从微观层面探究摩擦机理.实验结果表明,水润滑条件对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能指标影响显著,对应的磨损机理迥异,润滑条件的改善可使磨合期变短,稳定磨损期变长.从微观和定量方面综合评估了舰艇水润滑轴承材料在不同水润滑条件下的磨损状况,可为工况规划与实际应用提供理论指导.     

基于UHMWPE/nano-ZnO复合材料摩擦特性的正交试验及回归分析

用热压成型法制备了纳米ZnO填充超高分子量聚乙烯（UHMwPE）复合材料，用销-盘式摩擦磨损试验机测定了复合材料的摩擦学性能，采用四水平正交表设计试验，运用多元线性回归方法处理试验数据，分别得到了复合材料的摩擦系数和磨损率与载荷、纳米粒子含量和相对滑动线速度3个试验因素间的回归方程。结果表明，载荷对复合材料摩擦系数的影响最大，纳米粒子含量和相对滑动线速度的影响相对较小。复合材料摩擦系数随着载荷的增加而减小；试验因素对磨损率的影响程度由大到小依次为相对滑动线速度、载荷和纳米粒子含量，复合材料磨损率随着相对滑动线速度和载荷的增加而增大，随着纳米粒子含量的增加而减小。     

Friction and Wear Behaviors of C/C-Si C Composites under Water Lubricated Conditions

C/C-SiC composites have the potentiality to be applied in shield pumps of nuclear reactors as the bearing material because of their low density, good mechanical properties and excellent tribological properties. The C/C-SiC composites are fabricated via reactive melt infiltration(RMI) using silicon liquid infiltrated in C/C matrix composites. Friction and wear behaviors of C/C-SiC composites under water lubricated conditions are investigated using the block-on-ring test at room temperature, and compared with those of the resin graphite which is used as the bearing material in shield pumps at present. In addition, friction and wear mechanisms of C/C-SiC composites under water lubricated conditions have been discussed. Results show that tensile strengths of C/C-SiC composites are 150-210 MPa, and compressive strengths are 403-536 MPa. Friction and wear behaviors of C/C-SiC composites are closely related to the load and the speed. The time to reach a stable friction status decreases with the increase of the speed. Though the friction coefficient of C/C-SiC composites under water lubricated conditions is slightly higher than that of graphite, the wear rate of C/C-SiC composites is much lower, which suggests that the C/C-SiC composites can sustain a longer life during operation.     

SiC颗粒填充单体浇铸尼龙的摩擦学性能

为了研究 Si C颗粒作为填料对单体浇铸尼龙 (MC尼龙 )的摩擦磨损性能的影响 ,选用两种材料在 MM- 2 0 0摩擦磨损试验机上进行了试验研究 ,并借助于扫描电镜观察了磨损形貌 ,探讨了磨损机理。研究结果表明 ,在干摩擦条件下 ,Si C颗粒填充 MC尼龙的摩擦学性能与载荷和滑动速度的乘积 (Pv)值的大小有关 ,复合材料的摩擦因数比纯尼龙的大 ,当 Pv值较低时 ,复合材料的耐磨性能比纯尼龙好 ,其磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损 ;当 Pv值较高时 ,复合材料的耐磨性能不如纯尼龙 ,其磨损机理主要是疲劳剥落 ,并有磨粒磨损和粘着磨损。在水润滑条件下 ,Si C颗粒填充 MC尼龙表现出较好的耐磨性能 ,其摩擦学性能受 Pv值的影响小 ,磨损机理主要是磨粒磨损     

石墨烯作为润滑油添加剂在高温工况下的摩擦学性能

为了探究石墨烯作为润滑油添加剂在高温工况下摩擦学性能和抗黏着性能,采用四球摩擦磨损试验机对添加石墨烯的基础油进行摩擦磨损实验。用XRD对石墨烯进行表征,用基础油和添加不同质量分数的石墨烯润滑油进行对比。结果表明:在润滑油中添加石墨烯能显著提高摩擦副在高温工况下的摩擦学性能和抗黏着性能。在质量分数为0. 03%时,其摩擦系数约降低22. 5%,磨斑直径约减少48. 9%,抗黏着时间约增加44. 9%。     

Thin films of fullerene-like MoS2 nanoparticles with ultra-low friction and wear

The tribological properties of solid lubricants such as graphite and the metal dichalcogenides MX2 (where M is molybdenum or tungsten and X is sulphur or selenium) are of technological interest for reducing wear in circumstances where liquid lubricants are impractical, such as in space technology, ultra-high vacuum or automotive transport. These materials are characterized by weak interatomic interactions (van der Waals forces) between their layered structures, allowing easy, low-strength shearing. Although these materials exhibit excellent friction and wear resistance and extended lifetime in vacuum, their tribological properties remain poor in the presence of humidity or oxygen, thereby limiting their technological applications in the Earth's atmosphere. But using MX2 in the form of isolated inorganic fullerene-like hollow nanoparticles similar to carbon fullerenes and nanotubes can improve its performance. Here we show that thin films of hollow MoS2 nanoparticles, deposited by a localized high-pressure arc discharge method, exhibit ultra-low friction (an order of magnitude lower than for sputtered MoS2 thin films) and wear in nitrogen and 45% humidity. We attribute this 'dry' behaviour in humid environments to the presence of curved S-Mo-S planes that prevent oxidation and preserve the layered structure.