硅灰石填充雙馬來酰亞胺／鋁滑動副磨損性能wollastonite

作者： 馮文林 時間：2022-01-05 13:54:11 閱讀：463

硅灰石填充雙馬來酰亞胺／鋁滑動副磨損性能wollastonite

 硅灰石填充雙馬來酰亞胺／鋁滑動副磨損性能 摘要：在盤銷摩擦磨損試驗機上研究了不同用量、粒徑的硅灰石填充的雙馬來酰亞胺復合 材料與硬鋁的滑動摩擦磨損性能．借助于掃描電鏡分析，探討了硅灰石調節雙馬來酰亞胺摩擦 學性能的作用機理．結果表明：隨硅灰石的用量增加、粒徑減小，雙馬來酰亞胺和鋁環的耐磨性 提高，滑動摩擦系數減??；硅灰石提高滑動副的耐磨性是因為硅灰石促進了雙馬來酰亞胺在鋁 環表面形成牢固的轉移膜。 引 言 無機填料填充改性聚合物基復合材料的摩擦磨損性能，一直是復合材料摩擦學研究的熱點，然而，研究較多的是熱塑性聚合物，對熱固性聚合物研究得較少．對填料影響聚合物摩擦磨損的機理也提出雙馬來酰亞胺樹脂(簡稱BMI)是一種新型熱固性樹脂，它不僅具有優良的耐高溫、耐潮濕性能，而且可以采用環氧樹脂相似的成型工藝制造，具有價格低、彈性模量較高、硬度合適、粘結性能好等優點，它首先在航天航空工業得到應用，近年來作為耐高溫工程塑料在民生工業的應用也不斷擴大，因其耐熱性優于酚醛樹脂，可望成為一類用于有機摩擦材料的粘合劑．然而，試驗發現：BMI干摩擦系數較高且與對偶材料發生較嚴重的粘著磨損，為此，選擇了硅灰石粉作為摩擦調節劑．硅灰石是天然礦物填料，價格低、來源廣泛，其顆粒晶體呈針狀結構，兼有短纖維的增強作用，將其加入到一些聚合物中，不僅可以提高聚合物的耐磨性．而且可以改善它們的摩擦性能，但加入到BMI中的摩擦學性能如何還尚未見報道。 本文通過硅灰石的用量和粒徑變化對BMI與硬鋁滑動摩擦磨損性能影響的研究，探討了硅灰石調節BMI摩擦學特性的可行性和作用機理。 2 試驗部分 2.1 試樣制備 材料：硅灰石粉，粒徑為12—15μm,8—10μm和1—5μrn三種，分別簡稱為l#，2#和3#.主要成分是Si02和Ca02奠氏硬度為4.5，由哈爾濱理工大學材料學院提供；雙馬來酰亞胺HF - 9401(簡禰BMI)，由哈爾濱工業大學化學系研制，洛氏硬度HRM為122。 制樣：將硅灰石粉用丙酮和酒精混合液清洗、烘干，制成硅灰石質量分數分別為30%，50%和70% 的粉料，然后壓制成外徑32 mm，內徑22 mm，厚度7mm的環形BMI二元體系試樣．將上、下兩端面分別用800#(粒徑約23.5 μm)水砂紙打磨，用乙醇反復沖洗，烘干制成摩擦試樣。 22試驗方法 滑動摩擦試驗在MPX - 200盤銷摩擦磨損試驗機上完成，采用環一環配副，對磨試環為硬鋁合金LY12，其尺寸為外徑34 mm，內徑20 mm，厚度7 mm,兩端面用800#水砂紙打磨，洗凈烘干，法向壓力為60 N，主軸轉速為370 r/min，摩擦時間為30 min.試樣磨損量采用磨損前后的質量差，精確到0.0001 g，磨損率單位為g /Nm.試驗在室溫干摩擦狀態下進行． 3 結果與討論 是硅灰石填充的BMI復合材料的摩擦系數隨硅灰石的用量變化．可見，在BMI中加入硅灰石粉，隨其用量的增加摩擦系數逐漸減?。送?，還發現不同粒徑的硅灰石粉對BMI的減摩作用不同，粒徑越大使摩擦系數減小的越少．硅灰石是一種無機填料，能降低BMI的摩擦系數是一種有趣的現象，值得深入研究．根鋸摩擦學原理，滑動副間的摩擦 0.5起因于摩擦表面的分子和機械作用．當純BMI與鋁環摩擦時，摩擦主要來源于接觸表面微凸峰間的分子粘附作用，機械作用較弱．當硅灰石填充到BMI中后使接觸表面純BMI與鋁環的粘附面積減小，這將導致摩擦的粘附作用減?。硗?，由于硅灰石粉的粒徑較小且硬度較低，特別是摩擦脫落的硅灰石粉可能起到滾珠支撐作用m，使BMI復合材料與鋁環的機械作用并沒有明顯增加．因此，硅灰石填充的BMI 圖l硅灰石填充BMI復合材料摩復合材料與鋁環的摩擦系數下降，擦系數隨硅灰石用的變化圖2是BMI復合材料和鋁環的磨損率隨硅灰石粉用量的變化．可見，硅灰石粉加入到BMI中．可以顯著地降低BMI和鋁試環的磨損量，并隨硅灰石粉的用量增加和粒徑變小，其減磨作用增加。 硅灰石粉的抗磨作用主要是因為其為短纖維狀無機填料，長徑比為5：1到15：1，其主要成分為CaO和SiO2,如前所，純BMI與鋁環的摩擦以粘著轉移膜的方式進行，但這種轉移膜并不牢固，當加人硅灰石粉以后，可使BMI復合材料的斷裂強度增加，同時細而硬的硅灰石粉有拋光作用，使鋁環表面的氧化膜脫落，新鮮表面裸露，研究表明，CaO和SiO2,能促使聚合物在金屬表面的轉移膜變得牢固，滑動在轉移膜和BMI復合材料的進一步磨損，使它的耐磨性也提高，這一分析可由圖3BMI復合材料和鋁環磨損表面的SEM形貌證實，由圖3a可見，鋁環表面有褐色轉移膜和極細的拋光條紋，從圖3b中可見，BMI復合材料摩擦表面有附著并且較光滑。 此外，硅灰石的針狀晶體結構和具有短纖維的增強作用，可以改善BMI基體的韌性，增加其熔融粘度和成型尺寸的穩定性，對硅灰石質量分數為50%的BMI復合材料進行測試，其洛氏硬度HRM為115，成型溫度由純BMI的210℃提高到220~230℃?？梢?，硅灰石填充到BMI中，對BMI的硬度，耐高溫等性能影響不大，因此，發揮硅灰石作為摩擦調節劑的優良性能，使BMI成為性能優異、耐熱好的有機摩擦材料是可行的，本文的研究為優化設計綜合性能較好的多組合摩擦材料配方提供了依據。 結論 1、 硅灰石可以提高BMI的耐磨性，改變其摩擦特性，并且隨硅灰石用量的增加和粒徑減小，BMI和鋁環的耐磨性增加，摩擦系數減小，但是用量超過50%后，這種影響差異變小。 2、 硅灰石提高BMI和鋁環的耐磨性主要與生成具有防護作用的轉移膜有關，硅灰石中的CaO和SiO2都可以促進BMI在鋁環表面轉移膜的形成，使轉移膜與基體粘附作用增加。