仿生多孔PEEK复合材料的制备及其减摩耐磨性能研究
聚醚醚酮(PEEK)是一种性能优良的特种工程塑料.然而,纯PEEK摩擦系数偏高、导热困难、聚热严重,容易引起材料失效,无法适应较高速度、较大载荷工况下的使用.为了使它能在苛刻条件下应用,需对PEEK进行有机共混、纤维增强和纳米、无机微米填充等多种复合改性,进一步改善其摩擦学性能.本论文的主要研究内容和结论总结如下:1.采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料.考察了致孔剂(NaCl)、PTFE含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响.结果表明,当PTFE质量分数为20%、NaCl质量分数为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦系数和磨损率最低,200N下摩擦系数、磨损率分别为0.0192,3.47*10-16m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦系数降低了 9倍,耐磨性提高25倍.研究表明,PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦系数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料减摩耐磨性能.2.采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺及纳微多尺度协同设计制备了自身发汗式多级孔ACF/PTFE/PEEK复合材料.考察了介孔活性炭纤维(ACF)、微米级造孔剂(NaCl)含量及载荷对其摩擦学性能的影响.结果表明,当介孔ACF质量分数为8%、NaCl质量分数为30%所得多级孔ACF/PTFE/PEEK复合材料摩擦系数和磨损率最低,载荷为200N时,摩擦系数、磨损率分别为0.0259、5.26*10-16m3/Nm,较经典炭纤维增强PEEK复合材料摩擦系数减少86%,耐磨性提高了 16倍.研究表明,造孔剂(NaCl)形成了大量微米级孔,孔中储存了润滑油脂,而介孔ACF在材料内部形成贯通型三维网络毛细管道,如同人体汗腺机制,使孔中润滑脂在载荷和温度的作用下能在摩擦面上形成较好的润滑油膜,并且ACF能起到部分骨架支撑作用,因而ACF在材料中起到很好的减摩耐磨作用.3.研究了 1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体润滑多级孔PEEK复合材料的摩擦学性能.考察了速度及载荷对其摩擦磨损性能的影响以及形成润滑油膜的稳定性.结果表明,当速度为0.69m/s,载荷为250N时离子液体润滑多级孔ACF/PTFE/PEEK复合材料摩擦系数和磨损率最低,分别为0.0197、4.145*10-15m3/Nm,并且其摩擦系数只在1.62-2.15*10-2范围内波动.研究表明,离子液体具有优异的摩擦和抗磨损性能,特别是在高速和高载荷的摩擦过程中,其发生了摩擦化学反应,形成均匀、有效的边界润滑膜.用扫描型电子显微镜(SEM)对磨损面和对偶面进行了观察和分析,并对材料进行红外表征,验证在摩擦面形成了由氟化物组成,具有较高抗磨性能和承载能力的边界润滑膜,从而有效地提高了多孔PEEK复合材料的承载能力和抗磨性能.
- 作者：
- 林珊
- 学位授予单位：
- 东北石油大学
- 专业名称：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 王宝辉；汪怀远
- 中图分类号：
- TQ322.3；TB33
- 关键词：
- 聚醚醚酮(PEEK)；炭纤维布；活性炭纤维；离子液体；纳微多级孔；发汗润滑；多孔复合材料；减摩耐磨
- Polyetheretherketone(PEEK)； Carbon fiber layer； ACF； Ionic liquid； Nano-micro multi poles； Sweating lubrication； Porous composite materials； Friction and wear