有很多塑料在玻璃化转变温度以下是脆性的,例如PPS,在这类塑料上,那怕只加以单纯的垂直负荷,就可能使每个真实接触区域处产生张应力,并且引发分布在塑料表面上的裂纹。而这时如果有滑 动,在表面间又有某种程度的粘着,其表面上增大了的张应力,就会大大地促进裂纹的生成。如果用润滑剂来降低摩擦,一般可以减小表面生成裂纹的危险,减小了磨损。改善PPS摩擦性能的填充剂主要有固体润滑性物质(聚四氟乙烯、石墨、二硫化铝等)、陶瓷颗粒、金属粉末以及纳米粒子等。
作为固体润滑剂,石墨具有耐高温、抗腐蚀及自润滑等特性,已广泛应用于各种摩擦复合材料,同时,石墨具有无化学污染和经济低廉等性质,因而在工业实际应用中相当广泛。石墨的摩擦特点:
(1)石墨材料特有的晶体构造,则产生滑移。
(2)天然或人造石墨具有吸附性,能形成一层润滑膜(石墨晶体膜)起到减少摩擦的作用。
(3)具有良好的导热性何散热性。
(4)因为碳的热点很高,不会产生炭和金属材料的咬焊现象。
日益兴起的纳米技术以其多方面的优异性能正在推动着整个摩擦学技术的前进,它可以应用于改进摩擦材料自身的一些性能,由于纳米粒子的许多独特的性质和新的规律,如量子尺寸效应、小尺寸效应,表面效应、宏观量子隧道效应等,使得材料相应的具有高的承载作用、更好的抗磨性、抗蠕变性、尺寸稳定性及高温稳定性等优异性能。
作为摩擦件,无机粒子的添加有利于改善材料的其它必备的性能,如提高材料的耐磨性、耐热性、抗蠕变性及尺寸稳定性等。另外,材料在作高速摩擦运行的过程中,其摩擦面将产生大量的摩擦热,如果这些摩擦热不能及时地传开,材料的摩擦表面将可能产生热变形甚至熔化,而整个制件可能产生热膨胀甚至变形等。因此,作为摩擦件,改善材料的导热系数及热膨胀性极其重要,石墨及纳米无机粒子的添加有利于改善材料的这些性能。
研究表明:采用无机粒子填充改性PPS复合材料,得出以下结论:
(1)采用不同含量的普通润滑石墨填充改性PPS,结果表明石墨含量在10%以下时,材料的摩擦系数及磨耗量都得到降低,并且此时材料的各项力学性能也提高了;石墨含量进一步增大,材料的摩擦系数虽然继续降低,但磨耗量也将增大,其力学性能也开始降低;当石墨含量为30%时,材料的磨耗量增至40.8mmg/120min,此时材料已失去实际使用价值。考察石墨粒径对 PPS复合材料摩擦性能的影响,结果发现,随着石墨粒径减小,材料的摩擦系数相差不大,其磨耗量有着缓慢降低的趋势;考虑到材料的综合性能,填充石墨的粒径以纳米级石墨为宜.
(2) PPS纯样的摩擦系数(0.67)及磨耗量(18.2 mg/120min)都较高,通过电镜观察发现,PPS纯样刚开始由于粘着磨损造成基体材料脱落,从而形成硬的细小磨粒,这些细小的磨粒不易以转移物的形式存留在对摩面,使得其对摩面上不能形成转移膜,因此材料伴随着一定的磨粒磨损。
(3)将石墨填充到PPS中,通过电镜观察发现,材料的磨损面出现较深的沟槽状磨痕,对摩面形成大量的转移物,转移物的存在能有效的降低材料的摩擦系数。但当石墨含量过大时,材料对摩面上的转移物极易脱落,造成严重的磨损。以上说明填充了石墨之后,材料由PPS纯样的粘着磨损转变为磨粒磨损为主。通过DSC测试,发现添加了纳米石墨之后,材料的结晶度及结晶速率都提高了,结晶峰变窄,峰高增大。
(4)纳米A1203及纳米Si0:的添加都有利于降低了材料的摩擦系数,但后者的磨耗量与PPS纯样相比,增大了近一倍多,形成严重的磨损。这时材料以磨粒磨损为主,并且通过电镜观察其断面发现,由于纳米Si02分散不好,形成较严重的团聚,造成材料的摩擦性能及力学性能变差。纳米粒子经偶联剂处理后,材料的摩擦系数变化不大,虽然磨耗量有所增大,但其力学性能得到提高,材料仍然以磨粒磨损为主。
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