PA6/UHMWPE/SiO2复合材料的摩擦学性能研究

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聚酰胺6(PA6)是常用的一种热塑性工程塑料,具有较高的机械强度和自润滑性,在摩擦学领域应用较广。但由于PA6在干摩擦时摩擦系数高,易发生严重的粘着磨损而造成材料磨损失效,限制了它在摩擦学领域的更广泛应用。目前采用UHMWPE改性PA6主要集中在共混物结构、组分相容性与力学性能的关系,对其摩擦磨损行为的研究较少。本论文首先考察了EAA、EAA/PBO以及MAH-g-HDPE增容的PA6/UHMWPE共混物的摩擦学性能和力学性能,在此基础上,将无机粒子与UHMWPE并用,制备PA6/UHMWPE/SiO2复合材料。主要研究内容及结果如下:PA6与UHMWPE共混后,能明显改善其摩擦学性能,共混物的摩擦系数从纯PA6的0.481降到0.419。采用EAA与PBO并用增容时,共混物的摩擦系数和磨损率分别从未增容共混物的0.419和6×10-6mm3/(N.m)降低到0.286和4.3×10-6mm3/(N.m)。此外,采用MAH-g-HDPE增容时共混物的摩擦系数为0.324,磨损率比未加相容剂时降低了70%,比纯PA6的降低了88.5%,同时共混物保持了较高的力学性能。磨损形貌SEM观察发现,MAH-g-HDPE增容PA6/UHMWPE共混物的磨损机理是轻微的磨粒磨损和少量粘着磨损,有效改善了共混物的摩擦学性能。纳米SiO2和微米SiO2对PA6的力学性能和摩擦学性能均有一定的影响。DSC测试表明,纳米SiO2和微米SiO2均使PA6的结晶度增加。纳米SiO2粒子能有效改善PA6的摩擦学性能,而微米SiO2对复合材料的摩擦系数起破坏作用,对磨损率起改善作用。在PA6/UHMWPE的基础上引入纳米SiO2后,进一步降低了复合材料的摩擦系数和磨损率,摩擦系数仅为0.312,磨损率为0.4×10-6mm3/(N.m)。说明纳米SiO2和UHMWPE在改善PA6的摩擦学性能方面具有协同作用。考察不同载荷、润滑条件对PA6及其复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,材料在高载荷下具有较低的摩擦系数和较高的磨损率,低载荷时反之。PA6/UHMWPE/SiO2复合材料在300N时磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,200N时磨损机理主要是磨粒磨损,并有轻微的疲劳磨损。PA6及其复合材料在水润滑时,由于与干摩擦时具有不同的磨损机理而表现出不同的摩擦学行为。水润滑时由于水在摩擦过程中形成的边界润滑膜使材料的摩擦系数有明显减小,而磨损率却有所增加。
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