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PPS/纤维复合耐磨材料

发布时间:2020/3/9 0:15:01阅读人次:1178

早期的研究表明,纤维填充高分子材料具有优良的力学性能。随着高分子材料应用领域的扩展,利用纤维填充来增强高分子材料摩擦磨损性能的研究也越来越引起重视,并取得了很多成果。

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一方面,在摩擦过程中,纤维作为硬质支点承载了主要的压力,从而降低了材料的摩擦因数和磨损率;另一方面,纤维的断裂和脱落既会造成磨损量损失也会形成硬质磨屑,从而对材料的摩擦磨损性能带来负面影响。纤维填充高分子复合材料的磨损主要有4种方式:材料基体的磨损;纤维的滑动磨损;纤维的断裂;纤维的拔出。

作为高分子材料的增强体,一般要求纤维有很高的强度和模量,不与基体反应,且能与基体形成良好的界面,作为耐磨材料还要求纤维有较高的耐磨性和硬度。纤维增强体研究较多的主要集中在玻璃纤维(GF),碳纤维(CF)和芳纶纤维等。

王萍萍等研究了PA66改性GF增强PPS复合材料的摩擦因数,通过对其微观形貌进行观察发现,填充PA66的PPS/GF复合材料的摩擦因数比未填充的小,但变化幅度不大,但是随着PA66含量的增大,PPS复合材料的磨损体积大幅度降低,这是因为GF优先承担了接触表面的大部分载荷,使磨损先发生在较为耐磨的纤维上,因此改善了聚合物基体的耐磨性。

M K Kar等研究了PPS/CF复合材料的摩擦学性能。结果表明,随着CF的加入,复合材料的稳定磨损率减小,摩擦因数随之降低。当CF用量达到15%时,体系的摩擦因数和磨损率达到最低,此时形成的转移膜最薄。当CF用量超过15%时,摩擦因数和磨损率变大,转移膜变薄,磨损机理由黏着磨损转变为磨粒磨损,摩擦因数和磨损率均上升。通过SEM对摩擦表面进行分析发现,CF可在磨损表面均匀分布,使得实际接触面积下降,CF在体系中起到了固定聚合物的作用,使转移膜减少。

Bahadurs等研究了添加物分别为PA、CuS及CF增强PPS复合材料的摩擦学性能,结果表明,单独添加PA和CuS时,磨损率减小,这是因为滑动摩擦过程中,CuS软化后会向对摩面分散。加入CF后,纤维的存在使得实际接触面积明显减小,接触点上的压力迅速增加,在高的压力场下,CuS和PA会发生分解,并与对摩面发生化学反应,形成的转移膜面积增加,进而降低了磨损率。芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性良好的高性能纤维,其不需经过表面化学处理就可与PPS树脂形成良好的界面特性。

Laigui Yu等采用芳纶纤维填充PPS,并对复合材料的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,随着芳纶纤维的加入,体系的摩擦因数会随之上升。这是因为芳纶纤维的存在减少了转移膜的形成,磨损量得到下降,但通过XPS分析对摩面上转移膜的成分可知,在滑动过程中,PPS/芳纶纤维复合材料发生了一系列化学反应,使得基体与对摩面之间的黏着力增强,摩擦

因数增大。

在纤维填充PPS复合材料的摩擦磨损性能研究中,影响复合材料性能的主要因素是纤维用量、纤维种类、纤维排列与摩擦方向的关系及纤维与基体之间的界面强度,这也是我们今后研究的方向。