【摘要】：聚合物自潤滑材料在自潤滑關(guān)節(jié)軸承等運動副越來越廣泛的應(yīng)用對以聚合物摩擦學(xué)基礎(chǔ)理論研究為支撐的新型聚合物基自潤滑材料的研發(fā)提出了強(qiáng)烈的實際需求。聚酰亞胺(Polyimide,PI)基自潤滑復(fù)合材料在航空、航天、機(jī)械等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用,但是純PI作為摩擦材料使用時仍存在減摩耐磨性較差等問題,且對PI材料摩擦學(xué)機(jī)理的研究也有待深入。介孔二氧化硅特殊的納米孔道結(jié)構(gòu)對聚合物分子鏈具有獨特的滲透性,可以在聚合物基體中形成微納米尺度的增強(qiáng)結(jié)構(gòu),對聚合物的性能產(chǎn)生重要的影響,有望對PI材料的摩擦學(xué)性能起到提升作用。本論文以一種納米介孔二氧化硅(MPS)為PI的改性材料,制備出MPS改性PI復(fù)合材料,開展該復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究;聚焦于摩擦界面,從摩擦化學(xué)與轉(zhuǎn)移膜形成機(jī)制的角度研究了該復(fù)合材料的摩擦學(xué)機(jī)理;基于此,開展新型PI基自潤滑復(fù)合材料的制備與性能評價工作。本論文首先合成了納米介孔二氧化硅與熱塑性PI,制備了PI/MPS納米復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了MPS對PI力學(xué)、熱力學(xué)與摩擦學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)MPS能夠有效提高PI的摩擦磨損性能;其次,從界面摩擦化學(xué)與轉(zhuǎn)移膜形成機(jī)制的角度研究了PI/MPS納米復(fù)合材料的摩擦學(xué)機(jī)理,發(fā)現(xiàn)PI/MPS納米復(fù)合材料與軸承鋼摩擦過程中,在摩擦界面發(fā)生了PI分解等復(fù)雜的摩擦化學(xué)反應(yīng),該摩擦化學(xué)反應(yīng)主導(dǎo)了轉(zhuǎn)移膜的形成機(jī)制,并對復(fù)合材料的摩擦磨損性能產(chǎn)生重要影響;再者,以不同固體潤滑劑和纖維的單一或多元改性為手段,持續(xù)優(yōu)化了PI/MPS納米復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能,得到了具有較好摩擦磨損性能與較高力學(xué)強(qiáng)度的PI/MPS基復(fù)合材料;最終,系統(tǒng)研究了上述PI/MPS基復(fù)合材料在廣泛的相對滑動速度與載荷(PV值)下的摩擦學(xué)性能,獲得了其與軸承鋼組成的摩擦副在常溫大氣環(huán)境下的P-v圖,為PI/MPS基復(fù)合材料潛在的實際應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。本論文以MPS對PI材料的摩擦學(xué)性能影響研究為突破點,驗證了MPS對PI材料摩擦學(xué)性能的提升作用,成功制備了具有較好摩擦學(xué)性能與力學(xué)性能的PI/MPS基復(fù)合材料;從摩擦化學(xué)和轉(zhuǎn)移膜形成等角度揭示了PI復(fù)合材料的摩擦學(xué)機(jī)理,對先進(jìn)聚合物基自潤滑材料的研發(fā)具有重要的理論意義與參考價值。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332
【圖文】：

子運動由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而復(fù)雜和多樣多數(shù)聚合物材料通常可處于四種力學(xué)狀態(tài)合物材料由玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為玻（Tg）。從分子結(jié)構(gòu)的角度來說，玻璃化到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象[7]。通常采用中熱損耗的能量與最大儲存能量之比，隨 1-1 聚合物動態(tài)粘彈性的溫度譜所示。高鏈段的運動受到限制；隨著溫度升高，聚子鏈雖不能移動但是鏈段開始運動且體系溫度進(jìn)一步升高，整個分子鏈開始運動而內(nèi)摩擦阻力再次升高，內(nèi)耗再次增加。聚范圍波動，對其使用性能和工藝性能產(chǎn)生的聚合物制品形狀尺寸的變化以及表面質(zhì)

自潤滑聚合物材料，其分子中的 F 原子具有較大的電負(fù)性，而且四氟乙烯單體具有完美的對稱性，因而 PTFE 具有較低的表面能；PTFE 分子以 Van der Waals 力結(jié)合形成層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其層間滑動活化能僅有 7 kcal/mol，分子間極易發(fā)生分離與滑移[9,10]。因此 PTFE 分子具有較低的內(nèi)聚力和粘附力，極低的摩擦系數(shù)以及很好的自潤滑性能[11]。相比于 PTFE，絕大多數(shù)聚合物材料具有更高的摩擦系數(shù)，例如聚醚醚酮（polyetherether ketone，PEEK）[12]，聚酰胺（Polyamide, PA）[13]，環(huán)氧樹脂（Epoxy，EP）[14]，聚氨酯（Polyurethane，PU）[15]等，這與這些聚合物材料具有更加復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系。a)PTFE b)聯(lián)苯酚醛環(huán)氧樹脂

圖 1-3 酰亞胺基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig. 1-3 Chemical structure of imide group性表現(xiàn)在：異：PI 耐高溫達(dá) 400℃以上，長期使用溫度范解溫度一般都在 500℃以上，可耐極低溫，在-在 100 Mpa 以上，彈性模量通常為 3-4 Gpa，纖103 赫下介電常數(shù) 4.0，介電損耗僅 0.004~0.0和耐酸性。活多元：PI 主要由二元酐和二元胺合成，這兩酐和二胺的種類廣泛，采用不同的二胺與二酐PI 不僅品種繁多，而且結(jié)構(gòu)形式多樣，可以根計，這種合成上的靈活性是其它高分子材料所工性：自 20 世紀(jì)七八十年代以來，人們對 P

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李文娟;游一蘭;李篤信;鄧鑫;;PTFE及UHMWPE改性PA6復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2013年02期

2 宋艷江;黃麗堅;朱鵬;王曉東;黃培;;偶聯(lián)劑處理玻璃纖維改性聚酰亞胺摩擦磨損性能研究[J];材料工程;2009年02期

3 黃麗堅;朱鵬;王曉東;宋艷江;黃培;;聚酰亞胺復(fù)合材料與不同對偶材料滑動摩擦磨損性能[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2008年06期

4 喬紅斌;田雪梅;吳芳;;高分子自潤滑材料研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2007年10期

5 陳震霖;朱鵬;王曉東;黃培;;填料特性對聚酰亞胺復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響[J];復(fù)合材料學(xué)報;2006年03期

6 王曉東;王筱;朱鵬;黃培;;碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚酰亞胺的力學(xué)性能和摩擦磨損性能[J];機(jī)械工程材料;2005年11期

7 朱鵬,王曉東,黃培,王筱,時鈞;二硫化鉬改性熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2005年05期

8 張心亞,沈慧芳,黃洪,藍(lán)仁華,陳煥欽;納米粒子材料的表面改性及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];材料工程;2005年10期

9 許曉璐,趙文軫,宋邦才;不同分子結(jié)構(gòu)聚酰亞胺固體潤滑膜的摩擦學(xué)性能研究[J];中國表面工程;2005年03期

10 朱敏,張招柱,王坤,姜葳;聚四氟乙烯和二硫化鉬填充聚酰亞胺復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2004年06期

本文編號：2780405