聚合物復(fù)合改性無(wú)鉛三層復(fù)合材料摩擦學(xué)研究摘要隨著三層復(fù)合材料在機(jī)械工程各領(lǐng)域的廣泛的應(yīng)用，對(duì)其性能的要求也更為苛刻，既要其摩擦學(xué)性能不斷提升，又要求材料的無(wú)鉛環(huán)保性。在這一背景下，本課題展開了聚合物復(fù)合無(wú)鉛p t f e 三層復(fù)合材料的研究。通過(guò)前期的實(shí)驗(yàn)篩選，確立以f m l 2 這一明顯改善p t f e 三層復(fù)合材料親油性能的聚合物填料為研究主體，對(duì)其與其它改性材料和固體潤(rùn)滑劑的復(fù)合作用進(jìn)行了比較全面的研究探討。在研究工作中，我們首先運(yùn)用p t f e 三層復(fù)合材料生產(chǎn)工藝技術(shù)，制備出合格的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)樣品，利用h d m 一2 0 端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，模擬實(shí)際工況中干摩擦、預(yù)浸油邊界摩擦和浸油潤(rùn)滑條件進(jìn)行了摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡進(jìn)行試樣的磨損表面特性分析，結(jié)合摩擦學(xué)試驗(yàn)結(jié)果探討了不同配方材料的摩擦磨損機(jī)理，得出了以下幾點(diǎn)有益的結(jié)論：1 f m l 2 和p p t a 復(fù)合使用，可以使改性p t f e 三層復(fù)合材料獲得性能的互補(bǔ)加成效果，與兩種聚合物材料單獨(dú)填充相比，其減摩耐磨性能和承載能力可以得到顯著提升。2 二硫化鉬能大幅提高含f m l 2 改性三層復(fù)合材料的耐磨性及油潤(rùn)滑的減摩性能和承載能力，而加入石墨不能明顯改善此類復(fù)合材料的減摩性能，還會(huì)導(dǎo)致磨損量明顯增大。3 摻雜稀土元素一般可以改善三層復(fù)合材料各組分之間的結(jié)合性能，減少或避免摩擦表面龜裂紋的產(chǎn)生，改善摩擦表面的光整性，有利于提高復(fù)合材料的減摩耐磨性能。但是對(duì)于f m l 2 改性材料，稀土化合物的加入會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用。4 采用聚合物p i m s l 0 、f m l 2 和p p t a 的三元改性，可以使三層復(fù)合材料的綜合摩擦磨損性能達(dá)到最優(yōu)化效果，在保持f m l 2 類復(fù)合材料優(yōu)異的油潤(rùn)滑減摩耐磨性能的同時(shí)，也顯著提高了其在干摩擦?xí)r的減摩自潤(rùn)滑效果和承載能力，為這類三層復(fù)合材料的工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件。關(guān)鍵詞：p t f ep if m l 2 稀土氧化物復(fù)合改性三層復(fù)合材料摩擦磨損s t u d yo nt h et r i b o l o g i c a lp r o p e r t i e so ft h el e a d f r e et h r e e - l a y e rc o m p o s i t e sm o d i f i e db yp o l y m e r sa b s t r a c tc u r r e n t l y ，t h et h r e e l a y e rc o m p o s i t e sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nv a r i o u sf i e l d sa n dt h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o p e r t i e sb e c o m em o r ea n dm o r ec r i t i c a l i tn o to n l vn e e d sf i n et e r m i n o l o g i c a lp r o p e r t i e so ft h et h r e e 1 a y e rc o m p o s i t e s ，b u ta l s on e e d sl e a d l e s so rl e a d f r e em a t e r i a l s i nt h eb a c k g r o u n d ，t h ei s s u ee n t e r si n t ot h es t u d yo ft h ep o l y m e rm o d i f i e dl e a d f r e ep t f et h r e e 1 a y e rc o m p o s i t e s t h r o u g hp r e 。s c r e e n i n ge x p e r i m e n t s ，f m12m o d i f i e df i l l e r s ，w h i c hi m p r o v et h el i p o p h i l i cp r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t e s ，a r et h er e s e a r c hs u b je c t s m o r e o v e r ，t h e r ew i l lb eac o m p r e h e n s i v es t u d yo ft h ec o m p o s i t ee f f e c t so nt h eo t h e rm o d i f i e df i l l e r sa n ds o l i dl u b r i c a n t s i nt h er e s e a r c hw o r k ，q u a l i f i e df r i c t i o na n dw e a re x p e r i m e n ts a m p l e sa r ef i r s tb ep r e p a r e db yu s i n gt h ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fp t f ec o m p o s i t e t h ee x p e r i m e n ts i m u l a t e da c t u a lc o n d i t i o n sw i t hd r yf r i c t i o n o i lb o u n d a r yf r i c t i o na n df u l lo i lc o n d i t i o n s t h es p e c i m e nw e a rs u r f a c ec h a r a c t e r i s t i c sa r eo b s e r v e db yo p t i c a lm i c r o s c o p ya n ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y a n dc o m b i n e dw i t ht h et r i b o l o g i c a le x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w ed i s c u s sf r i c t i o na n dw e a rm e c h a n i s m so ft h ef o r m u l a t i o nm a t e r i a l s t h eu s e f u lc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ：1 t h ec o m p l e xu s eo ff m12a n dp p t ac a nm a k et h et h r e e 1 a y e rc o m p o s i t e so fp t f eg e tc o m p l e m e n t a r yo ft h ep e r f o r m a n c e c o m p a r ew i t hs e p a r a t ef i l l i n gt w ok i n d so fp o l y m e rm a t e r i a l s ，i ti si nf a v o ro fr e d u c i n gf r i c t i o na n di m p r o v i n gw e a rr e s i s t a n c e 2 t ot h em o d i f i e dt h r e e - l a y e rc o m p o s i t e ，m o l y b d e n u md i s u l f i d ec a ng r e a t l yi m p r o v et h ew e a rr e s i s t a n c e ，a n dr e d u c ef r i c t i o np e r f o r m a n c ei nt h eo i l b e a r i n gw o r k i n gc o n d i t i o n s t h eg r a p h i t ec a nn o to b v i o u s l yi m p r o v et h ef r i c t i o na n dw e a rp r o p e r t yo ff m12m o d i f i e dc o m p o s i t e t h e ni tw i l lm a k et h ew e a rv o l u m ei n c r e a s es i g n i f i c a n t l y 3 t h er a r ee a r t he l e m e n t sc a no b v i o u s l yi m p r o v et h ei n t e r f a c ep r o p e r t i e sa m o n gt h ec o m p o n e n t so ft h ec o m p o s i t e s h o w e v e r ，t of m l2m o d i f i e dm a t e r i a l s ，t h er a r e e a r t hc o m p o u n d so b v i o u s l yw e a k e nt h ep r o o 訂a n da n t i w e a rb e a r i n gc a p a c i t yo ft h eo r i g i n a lr e c i p e sm a t e r i a l s 4 f i l l i n gp i - m s10o b v i o u s l yi m p r o v e st h ef r i c t i o na n d w e a rp r o p e r t yo ff m12 p p t am o d i n e dm a t e r i a l si nt h ec o n d i t i o n so fa 1 1 a tt h es a m et i m e i ti n h e r i t st h ef i n ec h a r a c t e r i s t i c so fr e d u c i n gf r i c t i o na n dr e s i s t a n tw e a r ，w h e nt h eo r i g i n a lr e c i p e sc o n t a i n i n gf m12a r ei nt h eo i l - r i c hc o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o wt h a ti tc r e a t e df a v o r a b l ec o n d i t i o n si ni n d u s t r i a la p p l i c a t i o n sf o rs u c ht h r e e l a y e rc o m p o s i t em a t e r i a l s k e yw o r d s ：p t f e ；p i ；f m12 ；r a r ee a r t ho x i d e s ；t h r e e l a y e rc o m p o s i t e ；f r i c t i o na n d w e a rp r o p e r t y ；致謝本文是在焦明華導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，在論文選題、方案構(gòu)思、工作實(shí)施以及論文撰寫的整個(gè)過(guò)程中，無(wú)不浸透著導(dǎo)師的大量心血。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、廢寢忘食的工作精神和高尚的人格情操都給我留下了深刻印象，將使我終生受益并激勵(lì)我在人生的道路上勇往直前。在生活上，導(dǎo)師也給了我無(wú)微不至的關(guān)懷和巨大的幫助，使我深受感動(dòng)。在此謹(jǐn)對(duì)恩師的不倦教誨和辛勤培養(yǎng)致以崇高的敬意和衷心的感謝!感謝尹延國(guó)老師、俞建衛(wèi)老師、解挺老師、田明老師、劉煜老師、胡獻(xiàn)國(guó)老師、孟培懷老師給予我的諄諄教誨。摩擦學(xué)研究所的領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了那么優(yōu)越而和諧的學(xué)習(xí)平臺(tái)和氛圍，不但讓我增長(zhǎng)了知識(shí)，拓展了視野，也讓我深切地感受到在所里如同大家庭一樣的溫馨與和睦。再過(guò)二十年我們來(lái)相會(huì)，摩擦所也必將是我們的心靈宿地。感謝龔正、許振興、閆照明、邢大淼、焦祥楠、羅振山等同學(xué)在課題的研究和實(shí)驗(yàn)工作中給予的幫助，同窗三載，互相幫助，互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步，結(jié)下了深厚的友誼；還有師弟蘇柏萬(wàn)、孫龍，師妹邱婷等，在此一并表示感謝。我將永遠(yuǎn)懷念和他們一起在摩擦學(xué)研究所度過(guò)的美好時(shí)光。在此，要特別感謝合肥波林新材料有限公司對(duì)本課題的大力支持。我還要感謝我的多位好朋友，在工大和他們一起度過(guò)的愉快的求學(xué)生涯將給我留下終生美好的回憶。最后，我要特別感謝我的父母和親人，是他們的不斷鼓勵(lì)和關(guān)懷支持著我度過(guò)了在工大的求學(xué)生涯，我將永遠(yuǎn)銘記在心。插圖清單l l 三層復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)42 1pt fe 基三層復(fù)合材料生產(chǎn)工藝流程72 2 燒結(jié)溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系82 3 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及試樣裝夾機(jī)構(gòu)1 12 4 實(shí)驗(yàn)上下試樣接觸示意圖122 5 逐級(jí)加載實(shí)驗(yàn)加載方案133 1 不同含量f m l2 填充材料干摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果163 2 不同含量f m12 填充材料預(yù)浸油摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果163 3 不同含量f ml2 填充材料油潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)結(jié)果173 4f m12 p p t a 填充材料的綜合對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果183 5 不同含量芳綸填充材料干摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果193 6 不同含量芳綸填充材料預(yù)浸油摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 03 7 不同含量芳綸填充材料油潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 03 8 不同固體潤(rùn)滑劑填充材料干摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果2l3 9 不同固體潤(rùn)滑劑填充材料預(yù)浸油摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果213 10 不同固體潤(rùn)滑劑填充材料油潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 23 1 1p i f m l 2 復(fù)合填充材料干摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 33 12p i f m12 復(fù)合填充材料預(yù)浸油摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 43 13p i f ml2 復(fù)合填充材料油潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)結(jié)果2 43 14 聚合物復(fù)合優(yōu)化材料與含鉛材料的逐級(jí)加載實(shí)驗(yàn)對(duì)比2 53 15 聚合物復(fù)合優(yōu)化材料與含鉛材料的定載荷實(shí)驗(yàn)對(duì)比2 63 16 聚合物復(fù)合優(yōu)化材料與含鉛材料的定載荷實(shí)驗(yàn)?zāi)p形貌2 74 1f m12 改性材料的磨損表面2 84 2p p t a 復(fù)合材料的磨損表面2 94 3f m l2 和p p t a 復(fù)合填加材料的磨損表面3 04 4f m l2 含量變化時(shí)材料的干摩擦磨損表面314 5f m l2 含量變化時(shí)材料的油潤(rùn)滑磨損圖片3 24 6 不同含量p p t a 改性材料的摩擦表面334 7 石墨和m o s 2 變化時(shí)f m12 改性材料的磨損表面3 44 8 不同p i 改性配方的磨損表面354 - 9 不同型號(hào)p i 與f m l 2 復(fù)合改性材料的干摩擦磨損表面3 64 1 0 不同型號(hào)p i 與f m l 2 復(fù)合改性材料的油潤(rùn)滑磨損表面3 65 1 稀土氧化物對(duì)含鉛配方干摩擦性能的影響39圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖5 2 稀土氧化物對(duì)含鉛配方預(yù)浸油摩擦性能的影響395 3 稀土氧化物對(duì)含鉛配方油潤(rùn)滑性能的影響4 05 4 稀土改性含鉛試樣干摩擦實(shí)驗(yàn)表面形態(tài)4l5 5 稀土化合物對(duì)含p i 配方干摩擦性能的影響415 6 稀土化合物對(duì)含p i 配方預(yù)浸油摩擦性能的影響4 25 7 稀土化合物對(duì)含p i 配方油潤(rùn)滑性能的影響4 25 8 稀土改性p i 配方干摩擦實(shí)驗(yàn)表面形態(tài)4 35 9 稀土化合物對(duì)含f m12 材料干摩擦性能的影響4 45 10 稀土化合物對(duì)含f m12 材料預(yù)浸油摩擦性能的影響4 45 1 1 稀土化合物對(duì)含f m l2 材料油潤(rùn)滑性能的影響4 55 12 稀土改性f m12 配方干摩擦及油潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)表面形態(tài)4 6圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖表格清單表3 1p t f e 基三層復(fù)合材料的主要制備原料1 4表3 2 不同含量f m l 2 配方組分1 5表3 3 不同含量p p t a 配方組分1 8表3 4 石墨、二硫化鉬填充配方組分2 0表3 5p i f m l 2 復(fù)合配方組分2 3表5 1 稀土填加時(shí)配方的主要組分3 8第一章緒論1 1聚合物復(fù)合材料概述聚合物材料相對(duì)于傳統(tǒng)材料，如各種金屬材料、水泥、玻璃而言起步較晚，但其發(fā)展速度及應(yīng)用的廣泛性卻大大超過(guò)了傳統(tǒng)材料。聚合物基復(fù)合材料是指由聚合物材料作為復(fù)合材料基體或分散質(zhì)的材料。目前應(yīng)用廣泛的聚合物基體工程材料主要有聚四氟乙烯( p t f e ) 、聚酰亞胺( p i ) 、聚酰胺( p a ) 、聚碳酸酯( p c ) 、聚甲醛( p o m ) 、聚苯硫醚( p p s ) 、聚醚醚酮( p e e k ) 、聚砜( p s u ) 、環(huán)氧樹脂( e p ) 、酚醛樹脂、聚酯樹脂等。由于聚合物可以與各種材料如金屬、非金屬、各種粒子、各種纖維等填充體進(jìn)行復(fù)合，組成多元復(fù)合材料，所以聚合物為基體的復(fù)合材料已成為復(fù)合材料中品種最多、產(chǎn)量最大的一大類，應(yīng)用與人類生活的各個(gè)方面【1 6 1 。在機(jī)械工程應(yīng)用領(lǐng)域聚合物復(fù)合材料中各填料的填充作用主要在于：1 ) 提高基體材料的強(qiáng)度、剛度、硬度等力學(xué)性能；2 ) 提高基體材料的減摩、耐磨等摩擦學(xué)性能：3 ) 改善基體材料的耐腐蝕性能及擴(kuò)展材料的使用溫度范圍等。通過(guò)填料改性，提高復(fù)合材料的綜合性能、工作可靠性和使用壽命。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的基體與填料進(jìn)行復(fù)合制備【7 母j 。1 2聚合物白潤(rùn)滑復(fù)合材料的摩擦學(xué)研究摩擦學(xué)( t r i b o l o g y ) 是研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面及其有關(guān)理論和實(shí)踐的科學(xué)和技術(shù)，是摩擦、磨損和潤(rùn)滑的總稱。它是一門涉及物理化學(xué)、材料學(xué)、表面工程學(xué)、數(shù)學(xué)、機(jī)械學(xué)、力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科的高度交叉綜合的邊沿學(xué)科。摩擦學(xué)研究的目的就是采用潤(rùn)滑、材料設(shè)計(jì)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦和磨損的控制和利用 1 0 - 1 2 】。為了滿足聚合物復(fù)合材料在各種工況下的應(yīng)用需要，研究人員對(duì)聚合物及其復(fù)合材料進(jìn)行了大量的研究并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。一些工程塑料在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)逐步呈現(xiàn)出取代金屬材料的趨勢(shì)，如用塑料制成的齒輪、軸承、金屬切屑機(jī)床的滑動(dòng)導(dǎo)軌、人造關(guān)節(jié)等等【1 3 】。這些聚合物材料在整體系統(tǒng)中的運(yùn)行狀況，主要取決于材料的摩擦學(xué)性能。隨著聚合物復(fù)合材料在機(jī)械工程中日益廣泛的應(yīng)用與逐步推廣，對(duì)其摩擦學(xué)性能的要求越來(lái)越苛刻。因而人們非常關(guān)注聚合物復(fù)合材料摩擦磨損性能的研究，希望可以獲得性能優(yōu)異、符合使用要求的產(chǎn)品。同金屬及無(wú)機(jī)非金屬材料相比，聚合物材料具有特殊的摩擦學(xué)特性。聚合物材料的優(yōu)點(diǎn)在于減摩性能好、加工簡(jiǎn)單、耐腐蝕性能強(qiáng)等。聚合物材料與金屬材料接觸時(shí)順應(yīng)性好，容易在接觸表面形成一層低摩擦作用的轉(zhuǎn)移膜。另外，其切削成形及注塑成形容易，生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)材料大幅降低。聚合物材料的缺點(diǎn)在于冷變形大、耐熱性不好、耐磨性能相對(duì)較差。由于聚合物材料在摩擦磨損過(guò)程中會(huì)引起材料的損失及材料表面局部溫度的升高，使得聚合物材料的各種性能下降，加速其產(chǎn)品的失效過(guò)程【1 4 。2 們。因此，為了改善聚合物復(fù)合材料的綜合使用性能，許多學(xué)者對(duì)聚合物復(fù)合材料的摩擦磨損性能及其作用機(jī)理進(jìn)行了大量的研究探討。t a n a k a l 2 1 1 研究了濕度和速度對(duì)p t f e 摩擦學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)其摩擦學(xué)性能隨溫度的變化較小，只是當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)磨損率會(huì)有很大的變化。萬(wàn)媛媛等【2 2 j 在面接觸摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上考察了p t f e = 層復(fù)合材料的摩擦磨損性能，結(jié)果表明，p t f e 三層復(fù)合材料在與對(duì)偶鋼件摩擦?xí)r，在摩擦界面上發(fā)生了界面遷移現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)偶件表面形成了一層轉(zhuǎn)移膜。b a z h e n o v t 2 3 】研究了剛性粒子對(duì)聚合物斷裂模式的影響，表明隨著粒子含量的增加，工程的拉應(yīng)力呈線性降低趨勢(shì)。這些理論研究為聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料配方的設(shè)計(jì)研究提供了一定的理論指導(dǎo)，但還沒(méi)系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制聚合物摩擦磨損的法則f “】。為了研究方便，一般將聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料的組成劃分為以下幾個(gè)部分：1 ) 基體，聚合物復(fù)合材料中通常有一相為連續(xù)相，該相的份額一般最大，材料制備的工藝一般按照基體材料的性能來(lái)確定。通常情況下，某種聚合物在以它的物理化學(xué)性能來(lái)制定制作工藝時(shí)，即為聚合物復(fù)合材料的基體，在以別的聚合物為基體時(shí)，該聚合物材料也可作為輔助填料加入到基體中去來(lái)獲得性能的改善；2 ) 固體潤(rùn)滑劑填加相，一定含量的固體潤(rùn)滑劑在聚合物自潤(rùn)滑材料中能有良好的減摩作用，如石墨，m o s 2 等；3 ) 增強(qiáng)基，大部分的聚合物基體材料都有良好的強(qiáng)韌性及減摩性能，但是耐磨性一般都較差，因此有必要在復(fù)合物中加入某些耐磨性能好，且與基體結(jié)合性能優(yōu)異的填料，如各種粉末填料( 金屬粒子，無(wú)機(jī)金屬化合物，陶瓷粒子等) 和纖維( c f ，g f ，a f 等) 等；4 ) 改性組元，其它能夠明顯改善復(fù)合材料綜合性能的填充材料，我們統(tǒng)稱改性組元，其對(duì)材料的改性機(jī)理因不同的填料而不盡相同，因此改性組元的作用機(jī)理研究較為復(fù)雜，只能針對(duì)所填加的材料做系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析，從中找出某些規(guī)律。在聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料摩擦學(xué)研究領(lǐng)域，提高材料摩擦學(xué)性能的手段主要有：( 1 ) 在聚合物中填加固體潤(rùn)滑劑( m o s 2 ，石墨等) ，如c h e n l 2 5 和r i s d o n 等1 2 叫指出，m o s 2 的加入改善了聚酰胺和聚四氟乙烯的耐磨性；l a n c a s t e r l 2 7 1 發(fā)現(xiàn)m o s 2主要作用是降低聚酰胺的摩擦系數(shù)。黃承亞等f(wàn) 2 8 】研究表明石墨二硫化鉬的加入使聚苯酯p t f e 復(fù)合材料的摩擦系數(shù)增加，磨損體積減小，耐磨性顯著提高，同時(shí)也改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能。( 2 ) 添加各種增強(qiáng)填料( 金屬粒子，無(wú)機(jī)金屬化合物，陶瓷粒子等) 和纖維( c f ，g f ，a f 等) ，a c m c g e e 等【2 9 】研究了不同取向情況下石墨纖維增強(qiáng)聚酰胺和聚苯硫醚的磨粒性能，發(fā)現(xiàn)三種取向的磨粒大小順序?yàn)椋簄 ( n o r m a l ) 方向 p f p a r a l l e l ) 方向 t ( t a n g e n t i a l ) 方向。田秀等1 3 0 】發(fā)現(xiàn)納米n i 與納米c u 均能增加2e k o n o l p t f e 復(fù)合材料的摩擦系數(shù)并降低磨損率。s b a h a d u r 3 1 】等指出c a o 、c a s 的填加明顯減少了尼龍復(fù)合材料的磨損量，但c a f 2 的加入會(huì)增大復(fù)合材料的磨損。張招柱1 3 2 】等研究表明k 2 ti 6 0 1 3 晶須、炭纖維和玻璃纖維雖增大了p t f e 材料的摩擦系數(shù)，但可將p t f e 的磨損量降低2 個(gè)數(shù)量級(jí)。( 3 ) 添加改性組元，其中聚合物作為改性組元填加到基體材料中的研究最為廣泛。趙普等人【3 3 】研究了e k o n o l 和p i 作為改性組元填充p t f e 基復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能，結(jié)果表明e k o n o l 對(duì)復(fù)臺(tái)材料摩擦學(xué)性能有重要影響，其不但可以增加材料的抗磨性，而且可以有效降低材料的摩擦系數(shù)；p i 的加入可以有效增加轉(zhuǎn)移膜與對(duì)偶之間的結(jié)合力。蔡立芳等【3 4 】發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚苯酯與p t f e 的質(zhì)量比為5 ：1 0 0 時(shí)，復(fù)合材料的熱擴(kuò)散率可達(dá)2 6 4 6m m 2 s ，導(dǎo)熱性能顯著提高，耐磨性提高了2 0 倍。聚苯酯改性p t f e 的摩擦磨損性能雖明顯改善，但力學(xué)性能卻有所下降。有研究表明某些無(wú)機(jī)粉末少量填加到聚合物復(fù)合材料中使得材料的性能發(fā)生了很大的變化。上海交大的程先華等發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)某些纖維進(jìn)行稀土表面處理可以改善其與p t f e 基體之間的界面結(jié)合力p 5 - 3 8 】。章明秋等1 39 】發(fā)現(xiàn)填充納米a 1 2 0 3 可以顯著降低環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)和磨損率，對(duì)納米a 1 2 0 3 微粒表面進(jìn)行偶聯(lián)劑改性處理可以進(jìn)一步改善填充復(fù)合材料的摩擦磨損性能。在聚合物基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的摩擦磨損性能探討中，實(shí)驗(yàn)條件的影響的研究也至關(guān)重要：楊學(xué)賓等【4 0 】研究了滑動(dòng)速度和正壓力對(duì)三種p t f e 自潤(rùn)滑材料摩擦系數(shù)的影響，結(jié)果表明，普通填充p t f e 摩擦系數(shù)最小值出現(xiàn)在2 5 3 5m s的速度范圍內(nèi)，正壓力較大時(shí)，c c + p t f e 的摩擦系數(shù)低于3 0 碳纖維增強(qiáng)p t f e 。王強(qiáng)等1 4 1 】研究了在水潤(rùn)滑條件下不同含量的m o s 2 、碳纖維及a l 2 0 3 填充p t f e 基復(fù)合材料與不銹鋼配副時(shí)的摩擦磨損性能，結(jié)果表明，在水潤(rùn)滑條件下復(fù)合材料具有優(yōu)良的摩擦磨損性能。綜上所述，向聚合物基體中加入固體潤(rùn)滑劑、增強(qiáng)填料及各種改性組分來(lái)改善復(fù)合材料的摩擦磨損性能，并通過(guò)各種模擬工況實(shí)驗(yàn)條件來(lái)考察改性聚合物材料的實(shí)際使用性能要求，對(duì)于聚合物復(fù)合材料在機(jī)械工程中的廣泛運(yùn)用，創(chuàng)造了良好的條件。1 3p t f e 基三層復(fù)合材料概述1 3 1三層復(fù)合材料的特點(diǎn)三層復(fù)合材料是一種在機(jī)械工程中獲得了廣泛使用的聚合物- 金屬?gòu)?fù)合軸承材料，其典型結(jié)構(gòu)如圖1 1 所示，以冷軋鋼板為基體，中間層燒結(jié)了一層球形青銅粉，表面復(fù)合一層減摩自潤(rùn)滑聚合物基復(fù)合材料。金屬基體賦予三層復(fù)合材料足夠的強(qiáng)度、剛性和承載能力；減摩樹脂在施壓下嵌入到銅粉層孔隙中，通過(guò)機(jī)械嵌合作用與金屬基體構(gòu)成牢固的結(jié)合。三層復(fù)合材料表層聚合物具有優(yōu)良的減摩白潤(rùn)滑特性，在滑動(dòng)支承制品場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用前景。三層復(fù)合材料的摩擦磨損過(guò)程有以下特點(diǎn)：三層復(fù)合材料的表面塑料層很薄( 一般小于0 1m m ) ，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的跑合階后，在對(duì)偶面上形成高度取向的轉(zhuǎn)移膜，并且較軟的表面樹脂層被磨去，裸露出過(guò)渡層的青銅顆粒硬質(zhì)點(diǎn)承受壓力負(fù)荷( 當(dāng)然青銅本身也是很好的滑動(dòng)軸承材料，具有很好的摩擦磨損性能) ；同時(shí)由于表層聚合物的膨脹系數(shù)比金屬大，l 、聚四氟乙烯與填料混合物2 、球形青銅粉3 、鋼背4 、電鍍層圖1 1 三層復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)在摩擦熱及工作載荷的作用下銅粉周圍孔隙中的聚合物復(fù)合材料不斷被擠入摩擦面，使整個(gè)工作過(guò)程保持持續(xù)穩(wěn)定的良好摩擦磨損狀態(tài)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)轉(zhuǎn)和損耗，表面裸露銅粉面積越來(lái)越大，直至三層復(fù)合材料的自潤(rùn)滑能力慢慢減弱，材料的摩擦磨損狀態(tài)逐步惡化并最終失效【42 1 。正因?yàn)槿龑訌?fù)合材料摩擦磨損過(guò)程的這些特點(diǎn)，使其與普通聚合物基復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)理不盡相同，也賦予三層復(fù)合材料的表層聚合物基改性塑料層的研究思路與普通聚合物基復(fù)合材料相比有著自己獨(dú)有的特點(diǎn)。三層復(fù)合材料與普通聚合物基復(fù)合材料研究的基本內(nèi)容相同，都是聚合物復(fù)合材料配方及其制作工藝的研究，但是三層復(fù)合材料由于表層聚合物的底面即是多孔狀金屬基體，它賦予三層復(fù)合材料足夠的強(qiáng)度、剛性和承載能力。因此，在表層聚合物材料的研究過(guò)程中，其本身承載能力的要求相對(duì)較低，相比于普通聚合物材料，主要考慮的是減摩自潤(rùn)滑能力和耐磨特性。三層復(fù)合材料大都作為滑動(dòng)軸套及軸瓦材料使用，其材料后期的鈑金加工較多，因此要求表層聚合物復(fù)合材料還具有較好的韌性。由于軸瓦軸套等軸類摩擦副元件的運(yùn)用場(chǎng)合涉及無(wú)油、少油、含油等各種工況條件，因此，三層復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究也涉及到各種工況條件下的實(shí)驗(yàn)研究，以符合實(shí)際的工況要求。1 3 2p t f e 基三層復(fù)合材料研究現(xiàn)狀根據(jù)表面層減摩樹脂的不同，三層復(fù)合材料主要分為兩大類：i 型材料是以改性p t f e 為表層材料制成的p t f e 基三層復(fù)合材料，國(guó)外稱d u 材料。i i型材料以聚甲醛基樹脂為表層材料，國(guó)外稱d x 材料。兩大類三層復(fù)合材料，表層樹脂基體不同、生產(chǎn)工藝、摩擦學(xué)性能和用途也各有特點(diǎn)。i 型材料的表層復(fù)合材料最初由鉛粉和p t f e 復(fù)合而成，為了進(jìn)一步改進(jìn)該材料的減摩耐磨性能，后續(xù)研究者進(jìn)行了大量的配方研究及制作工藝的改進(jìn)工作，通過(guò)在p t f e基體中填加各種不同的固體潤(rùn)滑相和增強(qiáng)基填料以及改性填料，包括碳纖、玻纖、石墨、二硫化鉬、金屬和金屬氧化物粉末、以及其它聚和物材料等，探討摩擦磨損機(jī)理，不斷改善三層復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能、擴(kuò)展材料的運(yùn)用范圍，以滿足機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的苛刻要求和復(fù)雜需求1 4 3 1 。筆者認(rèn)為目前改性p t f e三層復(fù)合材料的研究方向及目標(biāo)有以下幾個(gè)主要方面：1 、摩擦系數(shù)要盡量小。2 、耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，適合在無(wú)油潤(rùn)滑下工作，降低維護(hù)和保養(yǎng)成本。3 、抗壓強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性好，工作溫度范圍寬泛。4 、表層聚合物復(fù)合材料要有一定的彈塑性和柔順性，跑合性好，不損傷對(duì)偶材料，若p t f e 三層復(fù)合材料軸承允許使用較低硬度的軸，可減少軸類零件的加工難度和生產(chǎn)成本。5 、要求熱脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定，適合于較高精度要求的機(jī)械配合【4 4 4 9 1 。對(duì)于p t f e 基三層復(fù)合材料的研究，要考慮到三層復(fù)合材料特殊的多層結(jié)構(gòu)及其對(duì)摩擦磨損過(guò)程的影響，既源自于普通p t f e 基自潤(rùn)滑復(fù)合材料又要考慮到自身的特點(diǎn)。目前p t f e 基三層復(fù)合材料的研究也是從填料的變化及實(shí)驗(yàn)條件的變化兩個(gè)角度來(lái)進(jìn)行研究的。吳良奎【4 2 】以p t f e 基三層復(fù)合材料為研究對(duì)象，考查了石墨、二硫化鉬、聚苯酯和c a f 2 單獨(dú)添加及混合添加對(duì)p t f e基三層復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響，研究了多種填料協(xié)同作用能一定程度的提高材料的摩擦磨損性能，結(jié)果表明，5 的c a f 2 有助于提高材料的親油儲(chǔ)油性能，從而起到減小摩擦的作用；石墨、m o s 2 和e k o n o l 及石墨、m o s 2 、c a f 2同時(shí)填加時(shí)材料的摩擦系數(shù)比其單獨(dú)作用和石墨、m o s 2 兩者同時(shí)作用時(shí)略微大一點(diǎn)，但材料的磨損量減小很多，說(shuō)明填料復(fù)合填加的研究非常有意義。溫丹丹等1 5 0 1 在研究無(wú)鉛三層復(fù)合材料時(shí)將p i 、p p s 、p e e k 分別加入n - - 層復(fù)合材料中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)p i 比p p s 、p e e k 的增強(qiáng)效果要好，其中，p i 含量為2 0 的無(wú)鉛p t f e 三層復(fù)合材料摩擦磨損性能最好。楊文娟等【5 l 】在不同的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度條件下研究了改性p t f e 三層復(fù)合材料的摩擦磨損性能。結(jié)果表明，隨著試驗(yàn)溫度的提高，熱應(yīng)力與摩擦接觸應(yīng)力的協(xié)同作用促進(jìn)了潤(rùn)滑膜的氧化、開裂、破損和脫落的進(jìn)程，潤(rùn)滑減摩性能變差；試驗(yàn)溫度的提高；濕度對(duì)含p i改性的材料影響較大，由于p i 的耐濕熱性使?jié)穸仍黾訒r(shí)磨損程度降低。目前已有不少學(xué)者對(duì)三層復(fù)合材料進(jìn)行了研究，也獲得了許多矚目的成果，但也存在面臨著一個(gè)重大問(wèn)題，就是現(xiàn)有的優(yōu)良配方大都含有金屬鉛。由于鉛具有軟金屬的特點(diǎn)同時(shí)又是一個(gè)很好的潤(rùn)滑劑材料，其對(duì)硬物的順應(yīng)性和抗磨極壓特性【5 2 1 ，在三層復(fù)合材料中能發(fā)揮很好的減摩自潤(rùn)滑性能。但鉛是有毒材料物質(zhì)，易對(duì)環(huán)境造成污染。隨著人類環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，目前國(guó)際社會(huì)已對(duì)含鉛材料的使用作出了嚴(yán)格的限制，在涉及人民生活的很多領(lǐng)域，含鉛材料已經(jīng)在逐步停止使用。而在缺少了鉛這一p t f e 基三層復(fù)合材料的傳統(tǒng)配方中最原始的主要填料，會(huì)使得三層復(fù)合材料的摩擦磨損特性和綜合使用性能明顯降t 氐t s 0 ，5 3 1 。因此迫切要求無(wú)鉛三層復(fù)合材料配方的研究有所突破，以達(dá)到或超過(guò)典型含鉛配方，為三層復(fù)合材料的拓展應(yīng)用創(chuàng)造良好的條件。此外，由于三層復(fù)合材料特殊的多層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，摩擦磨損過(guò)程中表面塑料層與銅粉層之間的承載分配是體現(xiàn)其特有性能的關(guān)鍵，也使得不同配方在各工況下的相對(duì)優(yōu)劣關(guān)系不盡相同。譬如干摩擦條件下，改性復(fù)合材料自身的減摩耐磨性能是各配方性能差異的根本原因；預(yù)浸油條件下，除了材料本身的減摩耐磨性能，改性材料與潤(rùn)滑油之間的親和性減摩耐磨性能也有著重要的影響；而油潤(rùn)滑條件下，潤(rùn)滑油與表層材料之間的協(xié)同性直接影響著摩擦界面轉(zhuǎn)移膜的質(zhì)量和摩擦學(xué)特性。針對(duì)三層復(fù)合材料的研究如果不在充油、缺油及干摩擦條件下全面的綜合考察其摩擦學(xué)性能，則很難滿足工程使用的個(gè)性化需求。1 4 本課題研究的主要內(nèi)容和意義目前各研究學(xué)者主要是通過(guò)填料的種類及含量的變化改性針對(duì)p t f e 三層復(fù)合材料應(yīng)用研究中的問(wèn)題，本文將注重于無(wú)鉛環(huán)保型三層復(fù)合材料改性研究。在前期工作的基礎(chǔ)上，以p t f e 為基體，重點(diǎn)考察幾種聚合物材料組分的添加對(duì)無(wú)鉛三層復(fù)合材料減摩耐磨的摩擦磨損性能的改造和作用機(jī)理，特別是通過(guò)填料的優(yōu)化使其摩擦學(xué)性能達(dá)到或超過(guò)無(wú)鉛三層復(fù)合材料性能的研究備受關(guān)注。同時(shí)還要探討小組分固體潤(rùn)滑劑如石墨、二硫化鉬以及稀土元素對(duì)于此類三層復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響。以某成熟含鉛配方的摩擦磨損性能為標(biāo)桿，以期通過(guò)我們的研究，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析，指導(dǎo)進(jìn)行三層復(fù)合材料配方的組合設(shè)計(jì)和篩選優(yōu)化，達(dá)到無(wú)鉛環(huán)保型三層復(fù)合材料使用性能的顯著提高，為高性能環(huán)保型三層復(fù)合材料軸承產(chǎn)品的拓展應(yīng)用提供基礎(chǔ)和保證。本論文共分六章，各章的內(nèi)容安排如下：第一章緒論部分，主要對(duì)聚合物基自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其摩擦學(xué)現(xiàn)狀和本課題的主要內(nèi)容和意義做了簡(jiǎn)要闡述。第二章復(fù)合材料的的制備及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，主要闡述了填料選擇及配方設(shè)計(jì)、復(fù)合材料的制各工藝和本研究的實(shí)驗(yàn)方法。第三章聚合物改性填料對(duì)三層復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響，主要以聚合物的的填加為主線，研究改性材料的摩擦學(xué)特性，并進(jìn)行配方性能優(yōu)化。第四章聚合物改性填料的磨損機(jī)理研究，主要結(jié)合摩擦磨損試樣表面的磨痕微觀照片分析材料的摩擦磨損機(jī)理，探討各填料的作用機(jī)理及相互的影響。第五章稀土氧化物對(duì)三層復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響，主要探討稀土氧化物對(duì)于聚合物改性三層復(fù)合材料減摩耐磨性能的影響，及其作用機(jī)理。第六章總結(jié)展望，對(duì)本課題的研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，并提出研究的不足和有待完善的問(wèn)題，對(duì)后續(xù)的研究進(jìn)行了分析。6第二章改性復(fù)合材料制備與實(shí)驗(yàn)技術(shù)2 1改性填料的選擇2 1 1填料的分類p t f e 基三層復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)材料具有很多其特有的優(yōu)異性能，其摩擦磨損性能的提高主要是通過(guò)不同填料的改性研究進(jìn)行。為了在前人工作的基礎(chǔ)上更好的開展我們的研究工作，我們將p t f e 基三層復(fù)合材料的表層聚合物組織結(jié)構(gòu)分解，并進(jìn)行科學(xué)的分類：1 ) 基體部分，即p t f e ，它在復(fù)合材料中以連續(xù)相的形式存在，其他各種填料都要以它為本體緊密均勻的分散在其周圍以發(fā)揮填料的摩擦學(xué)特性；2 ) 增強(qiáng)基，p t f e 具有良好的減摩性能，但是力學(xué)性能和耐磨性能較差，因此有必要在復(fù)合物中加入某些耐磨性能好，且與基體結(jié)合性能優(yōu)良的填料來(lái)進(jìn)行增強(qiáng)改性，如各種粉末填料( 金屬粒子，無(wú)機(jī)化合物，陶瓷粒子等) 和纖維( c f ，g f ，a f 等) ；3 ) 固體潤(rùn)滑劑填加相，當(dāng)有了增強(qiáng)相以后，有時(shí)加入少量的固體潤(rùn)滑劑如g r 、m o s 2 之類使之分散在增強(qiáng)相和p t f e基體之中，能夠使復(fù)合材料獲得高耐磨性能的同時(shí)又使材料保持良好的減摩性；4 ) 改性組元，為了研究具有系統(tǒng)性，我們將上述填加理由以外的原因加入到p t f e 三層復(fù)合材料中的填料統(tǒng)稱改性組元，一般是利用所加填料特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，要求使其自身的特殊性能在復(fù)合材料中充分展現(xiàn)，又不影響復(fù)合材料各方面的技術(shù)要求。增強(qiáng)基及固體潤(rùn)滑劑的使用在p t f e 基三層復(fù)合材料中已較成熟，因此我們著重以幾種聚合物改性填料對(duì)p t f e 基三層復(fù)合材料的影響為研究的主線，在研究的過(guò)程中結(jié)合增強(qiáng)基和固體潤(rùn)滑劑的變化，以期全面深入的了解所加改性填料在三層復(fù)合材料中的作用。2 1 2填料的初步篩選聚合物芳綸材料能在溫度范圍為一1 9 6 2 0 4 下連續(xù)使用，在5 6 0 高溫下不分解、不熔化。對(duì)位芳綸( p p t a ) 最顯著的特點(diǎn)是耐高溫、高強(qiáng)度、高模量以及高耐磨性能，其強(qiáng)度是玻纖的3 倍、高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的2 倍；模量是優(yōu)質(zhì)鋼材或玻璃纖維的2 3 倍、高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的1 0 倍【54 1 。在本課題研究的初期階段，我們通過(guò)關(guān)于p t f e 基復(fù)合材料的研究成果的總結(jié)，在初步選擇納米a 1 2 0 3 、c a f 2 、液晶高分子聚合物( l c p ) 、稀土氧化物、f m l 2 粉末、p i 、磷化鐵、m c a 阻燃劑等多種填料填加到某含芳綸增強(qiáng)p t f e 基體的配方中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)篩選，通過(guò)對(duì)初步實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，篩選出具有一定研究?jī)r(jià)值的改性填料再做進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。經(jīng)過(guò)初步的填料實(shí)驗(yàn)篩選，我們發(fā)現(xiàn)f m l 2 粉末、聚酰亞胺( p i - m s l 0 )及稀土氧化物等作為改性填料填加到p t f e 三層復(fù)合材料中有一定的深入研究?jī)r(jià)值，并作為本文實(shí)驗(yàn)研究的主要組元材料：1 ) f m l 2 粉末，f m l 2 是一種芳香族聚合物，與其它材料較強(qiáng)的混配結(jié)合強(qiáng)度及耐熱性能，能與常用的無(wú)機(jī)有機(jī)材料相容。因此，我們?cè)O(shè)想利用其混配相容性，能夠很好的將p t f e 三層復(fù)合材料中多種填料緊密聯(lián)系在一起，并發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，填加f m l 2 后，三層復(fù)合材料的預(yù)浸油邊界潤(rùn)滑下與干摩擦比較，摩擦磨損性能大幅提高，呈現(xiàn)了優(yōu)越的親油性能。2 ) 聚酰亞胺( p i ) ，p i 對(duì)三層復(fù)合材料的改性研究，已有過(guò)大量的研究，但是由于p i 型號(hào)的不同，可能對(duì)其改性復(fù)合材料的影響很大，為了找出其中的某些規(guī)律，對(duì)不同型號(hào)p i 改性p t f e 基三層復(fù)合材料的研究很有必要。3 ) 稀土氧化物，有研究表明稀土表面處理玻璃纖維碳纖維可以改善其與p t f e 基體之間的界面結(jié)合力，并將p t f e 復(fù)合材料的拉伸性能提高了5 0 以上1 3 8 1 ，在我們的研究中，能否得到良好的效果也會(huì)令人期待。2 2p t f e 基三層復(fù)合材料的制備三層復(fù)合材料的制備采用了特殊的多層復(fù)合工藝技術(shù)，包括銅粉板的加工、表層材料的復(fù)合、燒結(jié)塑化等多道工序。本課題研究的p t f e 基三層復(fù)合材料主要加工工序如圖2 1 所示。鋼背材料一般采用2 m m 的低碳鋼精軋鋼板，為了提高鋼板與銅粉層之間的燒結(jié)附著強(qiáng)度，特別電鍍了一層小于0 o l m m 的銅。中間銅粉層使用無(wú)鉛銅合金粉，采用粉末冶金燒結(jié)工藝燒結(jié)到鋼板上，通過(guò)金屬顆粒之間及與基體之間的局部熔合形成多孔骨架。高溫?zé)Y(jié)時(shí)為了避免空氣氧化，采用氨氣分解產(chǎn)生的氫氣氮?dú)饣旌蠚怏w保護(hù)燒結(jié)，待冷卻到15 0 。c 以下出爐，以免空氣氧化銅粉板。圖2 1p t f e 基三層復(fù)合材料生產(chǎn)工藝流程在表層自潤(rùn)滑材料復(fù)合時(shí)，為保證板材表面聚合物減摩層與銅粉板結(jié)合牢8固，及表層聚合物材料組分的均勻致密性，我們先將各種填料混合均勻，再加入到p t f e 乳液中混合均勻后收乳制成膠泥，再用軋機(jī)將膠泥輥壓軋制到銅粉板上，經(jīng)烘干、精軋、塑化燒結(jié)制成板材，冷卻后整形下料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。本研究試樣制各首先按配方給定比例稱取填料( 配方中各填料的含量均為該填料的體積百分含量) ，在高速攪拌器上充分的攪拌以便各填料混合均勻，再將攪拌均勻后好填料與p t f e 乳液混合，并加入適量的無(wú)水乙醇使填料和乳液的混合體迅速收乳成為膠泥狀，等待鋪裝。鋪裝時(shí)用手將膠泥較為均勻的涂抹在銅粉板上，通過(guò)軋機(jī)的輥軋使膠泥均勻的鋪到銅粉板上。通過(guò)調(diào)節(jié)上下軋輥之間的間隙來(lái)調(diào)節(jié)壓緊力以控制表面塑料層的厚度，調(diào)節(jié)時(shí)保證軋輥兩端的間隙相同，以確保表面層鋪裝厚度的一致。在調(diào)節(jié)表面層厚度時(shí)，由于每一配方所制成的膠泥流動(dòng)性存在差別，要經(jīng)過(guò)多次試軋調(diào)節(jié)，以保證不同配方所做出的板材表面層厚度盡量一致。鋪涂好膠泥的板材要經(jīng)干燥箱進(jìn)行烘干，烘干溫度一般控制在2 0 0 以內(nèi)，既有利于快速除去表層膠泥材料的水分和有機(jī)溶劑，又不會(huì)造成底板裸露金屬的明顯氧化。板坯烘干后再用軋機(jī)進(jìn)行一次精軋，以提高表層聚合物復(fù)合材料的致密性及與底板結(jié)合的牢固性。精軋好的三層復(fù)合材料板坯的塑化燒結(jié)在合肥工業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)研究所研發(fā)的j h n 氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行。塑化燒結(jié)時(shí)采用程序控制分段加熱的方法以防止升溫過(guò)快而使表層塑料層開裂。燒結(jié)工序主要是使表層聚合物復(fù)合材料在高溫下塑化后重整改性并與銅粉層牢固結(jié)合。p t f e 的熔點(diǎn)為3 2 7 。c ，但由于它的流動(dòng)性很差【55 1 ，在熔點(diǎn)溫度時(shí)，塑料顆粒間并不能很好的互相滲透融合。因此為了達(dá)到良好的塑化燒結(jié)效果，實(shí)際燒結(jié)溫度必須要大大高于p t f e 的熔點(diǎn)溫度，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到p t f e 基三層復(fù)合材料燒結(jié)溫度為3 7 5 。c 時(shí)材料性能最佳，并且為了使p t f e 能與底板均勻牢固結(jié)合，一般燒結(jié)時(shí)間要足夠長(zhǎng)。本研究中試樣材料的燒結(jié)工藝如圖2 2 所示。圖2 - 2燒結(jié)溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系9oooooo 口ooa 野翻aa8054332211在制作稀土氧化物改性配方時(shí)，考慮到稀土改性的特殊機(jī)理及填加量非常很少，我們將稀土氧化物的填加分為直接摻雜及制成稀土鹵化物溶液兩種方式進(jìn)行：1 ) 直接摻雜方式，先將稀土氧化物加入到p t f e 乳液中，在磁力攪拌器下攪拌3 0 分鐘，使稀土氧化物能均勻的與p t f e 混合并粘附在一起，再放入其它填料攪拌均勻收乳成膠泥。具體工藝流程如下：1 將除稀土外的其他干粉經(jīng)稱料，混合，再用攪拌器攪拌均勻后待用；2 稱得要求含量的乳液放入燒杯中，再將燒杯放在磁力攪拌器中央；3 啟動(dòng)磁力攪拌器，攪動(dòng)乳液，攪動(dòng)1 分鐘；4 向攪動(dòng)的乳液中倒入要添加的稀土化合物粉，攪拌3 0 分鐘；5 倒入之前混好的混料，大約攪拌3 分鐘；6 取出燒杯，在加入助劑的同時(shí)用手工快速攪拌，制成泥狀物時(shí)停止攪拌；7 用手取出，放入塑料袋中，封口待用；8 一段時(shí)間后，開始調(diào)試塑料層厚度，成型，烘干，制成板等待燒結(jié)。2 ) 稀土溶液方式，將稀土氧化物溶解在稀鹽酸中，制成稀土鹵化物溶液，再計(jì)算出含1 克l a 2 0 3 及s m 2 0 3 混合物的溶液體積，用量杯量取放入到p t f e乳液中與p t f e 乳液一起攪拌均勻，最后放入其它填料混合均勻收乳成膠泥后使用。本課題研究材料制各主要儀器設(shè)備如下：1 、天平( 精度為0 0 1 9 ) ：稱取填料；2 、高速攪拌機(jī)：混料；3 、磁力攪拌器：摻雜稀土?xí)r，充分?jǐn)嚢枋蛊渑cp t f e 乳液混合均勻；4 、四輥軋機(jī)：鋪裝成型及后期精軋整形；5 、烘箱：烘干鋪裝好的原料：6 、網(wǎng)帶式氫氣保護(hù)燒結(jié)爐：燒制銅粉板；7 、氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)爐：燒結(jié)塑化板材。2 3 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法2 3 1摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)本研究的摩擦磨損試驗(yàn)是在合肥工業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)研究所自行研制的h d m 2 0 端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，試驗(yàn)機(jī)及試樣裝夾的腔體如圖2 3 所示。端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)采用上試樣旋轉(zhuǎn)，下試樣靜止的端面接觸滑動(dòng)摩擦形式，可以在油潤(rùn)滑及干潤(rùn)滑條件下，通過(guò)對(duì)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和上式樣材料表面形貌的變化實(shí)現(xiàn)多種工況條件下的實(shí)驗(yàn)?zāi)M；通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間、溫度及摩擦扭矩的設(shè)定，控制試樣結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)，便于對(duì)比分