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聚苯硫醚复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能研究

发布时间:2019/6/26 16:11:17阅读人次:1382

在现代工业生产中,由于机械运动系统的反复启停致使混合润滑甚至边界润滑状态频繁发生。 对一些结构复杂只能通过燃油自身润滑的运动机构,如发动机燃油泵的滑动摩擦副,材料的磨损甚至摩擦副的咬合对机械系统的整体性能和可靠性产生重要影响。

此外,应排放和环境标准要求的不断提高,柴油含硫量不断降低,使得其中的有效润滑性组分减少,易造成柴油吸附膜发生脱附,导致润滑作用丧失,这对发动机内柴油润滑机构的设计提出了更高的要求,国内外的科研人员主要从两个方面着手试图解决这一难题:一是提高柴油本身的润滑性能;二是设计制备能够适应于低润滑性柴油的摩擦副材料。 通过采用柴油添加剂,可以在一定程度上提高柴油的润滑性,然而并没有从根本上解决低硫柴油润滑条件下金属-金属摩擦副的润滑问题,显然,通过设计制备先进摩擦副材料,从而避免对低硫柴油进行复杂润滑改性的依赖性,是提高柴油润滑系统可靠性的重要途径。

聚合物复合材料因为性能可设计、自润滑等优异性能,在高技术工业领域发挥着越来越重要的作用,其摩擦学理论也迅速发展,并形成了一些针对不同工作环境下的摩擦副材料设计路线。 这些聚合物摩擦学理论大都是在干摩擦条件下进行的,并不完全适用于柴油润滑工况。 聚苯硫醚(PPSPolyphenylenesulfide)是一种具有较好热力学性能和化学稳定性的含硫芳香族聚合物。 通过优化设计,在聚苯硫醚基体中填充纤维状或颗粒状增强填料可显著改善聚苯硫醚材料的强度、承载能力及摩擦学性能。

因此,聚苯硫醚复合材料在摩擦领域得到了广泛的研究和应用。 杨宝林等研究了干摩擦条件下聚苯硫醚在常温和高温条件下的摩擦学性能,结果发现材料摩擦学性能与在对偶表面形成的转移膜有重要的关联性。 Bahadur[10] Choa等从填料的种类,摩擦膜的结构、成分及结合力等方面系统开展了不同填充物对聚苯硫醚在干摩擦及水润滑条件下的摩擦学性能研究。 徐海燕等开展了聚苯硫醚作为涂层材料的研究,结果发现聚苯硫醚材料在水环境中表现出比干摩擦下优异的摩擦学性能,这是由于水的冷却与冲刷作用,使得碳纤维填充的聚苯硫醚复合涂层向对偶件磨损表面的粘着转移明显减轻。

潘炳力等研究了石墨烯改性的聚苯硫醚复合涂层的摩擦学性能,结果表明对偶环上形成的均匀坚韧的转移膜对于降低复合涂层的摩擦系数和磨损率具有重要作用。本文作者以聚苯硫醚为聚合物基体,以碳纤维(SCF)、铜(Cu)、氧化铜(CuO)和硫化铜(CuS)为填料,分别考察了以上填料对聚苯硫醚在柴油润滑状态下的摩擦学行为的影响规律。 在此基础上,进一步探讨了SCF/CuSCF/CuS复合填料对聚苯硫醚在柴油润滑条件下的摩擦学性能的影响,研究结果可为柴油润滑系统摩擦副的设计制备提供理论依据。

结果表明:

a. 在柴油润滑状态下,加入单一填料SCFCuCuOCuS后,聚苯硫醚复合材料的摩擦学性能均有不同程度的提高. 加入SCF后,聚苯硫醚表现出最好的耐磨性;CuCuS微粉的加入能够显著降低聚苯硫醚的摩擦系数.

b. 添加复合填料SCF/CuSCF/CuS后,聚苯硫醚复合材料表现出最小的摩擦系数. 聚苯硫醚/5SCF/5CuS同时表现出低摩擦系数和高耐磨性.

c. SCFCuS协同提高聚苯硫醚的摩擦学性能. SCF作为增强相,提高材料的承载能力和耐磨性. CuS在界面发生摩擦化学反应,促进润滑特性转移膜的形成.