纳米SiO2填充尼龙PA1010的摩擦磨损性能实验研究.pdf

收稿日期“ “ “ 基金项目国家杰出青年科学基金项目 6 7 5 ; A0 8 B; 6 ; 6 CDE F 6 0 1 0 C AB7 A GG G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G “ , 文章编号 - ’ H “ , , - “ I - K“填充尼龙L M 的 摩擦磨损性能实验研究 葛世荣.张德坤.刘金龙.李凌 中国矿业大学 机电与材料工程学院.江苏 徐州“ “ I 摘要用纳米J ; K “填充L M 制备了尼龙复合材料. 并用BB- “ 磨损试验机对尼龙复合材 料与H K “填充L M 大幅 度提高了尼龙复合材料的耐磨性.降低了摩擦系数*纳米J ; K “填充量在 N左右时.尼龙复合 材料达到最低摩擦系数 * , “和最低磨损量 * “OC .磨损量比纯L M 降低了 多倍.摩擦系 数降低了倍*对纳米J ; K “填充尼龙的磨损机理研究发现. 纳米J ; K “填充尼龙复合材料的磨损 机理受滑动速度和接触载荷影响比较大*当摩擦副L /值小于 2OP 时.尼龙复合材料的磨损 机理主要是切削和粘着磨损*当摩擦副L /值大于 2OP 时.磨损机理转变为疲劳剥层或熔融 流变.导致磨损量急剧增长* 关键词尼龙材料纳米填充改性磨损摩擦系数 中图分类号E Q R * E S, , H文献标识码M 尼 龙包 括 L M . L M . L M P . L M . L M “ . L M 等是工程应用比较广泛的摩擦学 聚合物材料.因此对其摩擦磨损行为的深入研究非 常有助于提高尼龙零件摩擦副的摩擦学性能*目 前.针对尼龙材料的摩擦学研究主要集中于两方 面.一是研究尼龙材料的摩擦磨损机理.获得尼龙 摩擦学应用的基本数据T U V二是研究尼龙材料的 各 种 改 性 手 段.以 提 高 尼 龙 材 料 的 摩 擦 学 性 能T R U “ V* 目前已经报道的尼龙材料摩擦学改性方法主 要有金属或有机W无机颗粒填充改性.金属或玻 璃W碳纤维填充改性.这些改性方法都取得了一定 效果*随着纳米技术的发展.纳米颗粒的尺度特殊 效应引起材料领域的高度重视.它们也被应用于尼 龙材料的改性研究T , U V.但其中还只有少数是针 对尼龙材料摩擦学性能而开展的*本文尝试用纳米 J ; K“填充L M 尼龙来制备复合材料. 通过实验 对纳米填充尼龙的改性效果进行研究.考察纳米 J ; K“填充尼龙的摩擦磨损机理* X 实验方法 本文实验采用的尼龙复合材料是L M 粉 末填充纳米J ; K “制备而成* L M 粉末的粒径小 于 R K“粒径为 “ U, 6 O.纯度大于’ R N*制备纳米填充尼龙复 合材料时.将纳米 J ; K“粉末和L M 粉末机械 共混.在溶于丙酮中超声混合“ O; 6 *之后.将混 合物在 Y气氛中烘干.再置于Z[ B- \微型注 塑机加热.待共混的复合材料熔融后.转动柱塞进 行熔融混料*将均匀混合的熔融混料注入预热的模 具螺旋挤压.模具冷却后即可制得尼龙复合材料试 样.试样尺寸为“ OO] OO]OO* 磨损实验之前.用, “ 砂纸将尼龙试样表面 打磨至粗糙度 _ ‘ a * 或较多填充量 的摩擦系数都高 于此值“ 图 为 磨 损 量 ;1 2 图 可见“随着接触载荷增加“纳米 A纳 米 C“摩擦副相应的 8 D值约为E ;C J F K ; “ ’ 式中 L为接触载荷“ C 图K是尼龙复合材料在载荷变化时的磨损表 面扫描电子显微镜图片在较低的载荷下 B ;C和 ; ;C “磨损表面出现轻微划痕“如图K 4和K 所 示“这是低载荷下尼龙复合材料的微切削磨损模 式此时“表面划痕随载荷增加而加深“就导致摩擦 系数随之增加当载荷升至 B ;C时“接触应力增 大使表面凸峰点被挤压M剪断“如图K 1所示“此时 磨损模式转变为粘着磨损“它使摩擦系数处于最低 值当载荷增加到’ ; ;C时“磨损表面出现了大片 的薄层脱落“如图K 5所示“磨损模式转变为疲劳剥 层磨损“它引起摩擦系数随之增大 图K不同载荷下 ; A纳米 ;1 2 2 6 3 , 6 4 3 5 . . , P , - 3 / 2 4 5 6 S T 滑动速度对摩擦学性能的影响 本 文 选 择 ; K F 6 “ ; B F 6 “ ; U KF 6 “ ; V KF 6 四档滑动速度“以 B ;C接触载荷进行了 纳米 U是在滑 动速度; K F 6时出现的“最高摩擦系数; E ’ ’ 的滑动速度为; B 图B 表 明“随着滑动速度增大“纳米 UF 6 时“尼龙复合材料的磨损量随之增长很快当滑动 速度大于; U 图E 可见“从; K F 6滑动时的粘着 磨损“到; B F 6滑动时就转变为疲劳剥层磨损“ 磨损机理发生很大变化而从滑动速度; U KF 6时 表现的表层撕裂和剥离行为“到滑动速度上升到 ; V KF 6 时的剥离和熔融流变“磨损机理没有本质 变化滑动速度对尼龙复合材料磨损量的影响有以 下回归关系式 ;’’ 中国矿业大学学报第 ’卷 万方数据 “ ; 2 4 A 4 ; 72 B A ;C 9 ; D ; E 3 4 5’ 4 AF G 0B 2 4 C 2 图H不同滑动速度时 I纳米3 4 5’填充尼龙复合材料的磨损表面3 J K照片 6 4 7 H 3 J K L 2 M N D C 4 ; 2 M D 2 I ; D ; E 3 4 5’ 4 AF G 0B 2 4 C 2 D C A 4 M ; C 2 4 A 4 ; 72 B A 2 P 结论 本文实验结果表明.纳米 3 4 5’填充F G 获得的尼龙复合材料能够明显改善F G 尼龙 的摩擦磨损性能纳米3 4 5 ’的填充量Q 接触载荷Q 滑动速度都对纳米3 4 5 ’填充尼龙复合材料的摩擦 系数和磨损量有很大影响在本文的摩擦条件下. 获得最低磨损量和摩擦系数的纳米3 4 5 ’填充量为 I 实验发现.接触载荷和滑动速度增大时.尼龙 复合材料的磨损量都随之增大.而摩擦系数则出现 先增大后减小的变化趋势伴随接触载荷和滑动速 度的增大.纳米3 4 5 ’填充尼龙复合材料的磨损机 理也发生了转变在较低载荷和速度下.尼龙复合 材料磨损表面出现切削和粘着磨损在较高载荷和 滑动速度时.尼龙复合材料的磨损机理转变为疲劳 剥层和熔融流变 参考文献R S T U D V 2 9WW .X 4 V OW .8 OD M 4 Y 3 . C D J M 2 4 N O D M L 9 D N 4 M 2 B Z D 04 A 2 S W T [ D M .’ .’ \ , R ] ’ E ] \ S ’ TU D V 2 9WW .X 4 V OW .8 OD M 4Y 3 GL M D 2 4 N O D M B M M 0D ; 2B Z D 04 A 2 S W T [ D M .’ ’ . ’ ’ R] ] , E ] ] H S / T D M C A 7 _‘.X D 4 4 GJ C 2 M Z 2 C D 4 ; 4 C Z . C M D ; 2 M Z 2 C D 4 ; 4 C Z D ; A M Z 2 C D B 9 D 2 2 a 6 1 F G ; M ; D KD C M 4 D 2 3 4 ; .’ ’ ./ ]* \ - R/ E / ’ ’ ’’ 第/期葛世荣等R纳米3 4 5’填充尼龙F G 的摩擦磨损性能实验研究 万方数据 “ 王伟华葛世荣填料特性对尼龙摩擦学性能的影响 及 作用机理 9 4 2 A 8 B ; C 4 D E ; D 3 F; 5 GH4 ; I4 C 3 ; 5 J K IK J 5D A F ; IJ G 4L L; 5 G J K C ID K J 4 K A B M; 4 J ; A K 9 42 ’O J ; P ’4 ; A Q 3 4 B J C J 5 ; 5 G H4 ; B D A F I4 K J 5 5 5 0 C 5 B I; A C 5 ; C K ’/ * * L ’ .N 1 0 * “ S 葛世荣王伟华王军祥玻璃纤维增强尼龙/ / 复 合材料的摩擦学性能研究 3 ; G 8 ’P A J 5 4 5 JW 7Q J X A E J C ; AK 8 G J 4 K B E A ; K KB ; X J C 0 4 J 5 B C 4 G D A F ; IJ G 4C ID K J 4 KB J A A 4 G HJ 32 8 Y ; 5 GP Q U Z ’/ * * L ’ .* , 0 / “ / / V A [ ; J \5 5 4 ’T A 4 5 5 3 4 F ’ 5 K K 4 5] X ’4 ; A R4 ; ; 5 GB J C J 5 B; ; IJ GB J X 4 ; 5 G D A F 4 ; B A 8 4 3 F A 4 5 4B J A A 4 GC ID K J 4 K ’ / * * S ’ 1 0 “ .L * S 0 S / 2 3 4 56 7’78 9 8 4 9 ; 9 42 ; 5 GB J C J 5 BK 3 E A ; K K 0 B J X 4 0 4 J 5 B C 4 GD A F I4 C ID K J 4 KJ 5 8 5 A 8 X J C ; 4 G A A J 5 E 0 K A J G J 5 E C 5 ; C A B M; 4 J ; A K C J 4 5 C 4 ’/ * * L ’1 / / - . , L “ 1 0 , L “ * / 1 李国禄’刘金海’李玉平’等纳米 J 1 “颗粒填充 铸型尼龙的摩擦学性能研究 I; K 8 7’ Q ; 9 4 J ’ MJ _ 8 3 ; ; M’ 4 ; A P 4 D ; ; J 5 ; 5 G C 3 ; ; C 4 J _ ; J 5 BD A F I4 3 J 5 B J A IK C 5 ; J 5 J 5 E K J A [ 4 ; 5 G K J A [ 4 K 8 A B J G 4 5 ; 5 D ; J C A 4 K I; K 874 5 K 8 9 4 ’6; 5 Q 4 K 8 F ; ’ 4 ; A P 4 D ; ; J 5 ; 5 G C 3 ; ; C 4 J _ ; J 5 BC D D 4 a J G 45 ; 5 D ; J C A 4 KG J K D 4 K 4 GJ 5;D A F I4 I; J a A BM; 4 J ; A K2 3 4 IJ K F ’ / * * N ’N N - . / N L , 0 / N L N Z a D 4 J I4 5 K 5U J C J 5; 5 GR4 ; P 4 B I; 5 C 4 B ; 5 K J _ 4 J YU J A A 4 GP A F ; IJ G 4/ / T Z\T‘ 4 0 9 8 5 ’O c d 5 J C; 5 GM; 4 J ; A K Z 5 E J 5 4 4 J 5 E ’2 dMQ ’e 8 _ 3 8 ’ 5 E K 8 ’ / N ’2 3 J 5 ; - f g h i j k l i .Q 3 45 F A 5C ID K J 4 K H4 4 D 4 D ; 4 GX FB J A A J 5 E 3 4 5 ; 5 K J _ 4 J YD ; J C A 4 K J 5 3 4 P \/ / D HG 4 Q 3 4 B J C J 5; 5 GH4 ; 4 a D 4 J I4 5 K B 3 4 5 F A 5C ID K J 4 K ; E ; J 5 K 3 4 C ; X 5K 4 4 A H4 4 G 5 4 5 3 4 MM0 H4 ; 4 K ; D D ; ; 8 K Q 3 44 a D 4 J I4 5 ; A 4 K 8 A KK 3 H 3 ; 3 45 ; 5 K J _ 4 J YD ; J C A 4 KC ; 54 5 3 ; 5 C 4 3 4H4 ; 4 K J K ; 5 C 4; 5 G 4 G 8 C 4 3 4B J C J 5C 4 B B J C J 4 5 K B 3 45 F A 5C ID K J 4 K R3 4 5 3 4B J A A 4 C 5 4 5 B5 ; 5 K J _ 4 J YJ K/ m’ 3 4C ID K J 4 K 4 ; C 3 3 4A H4 K B J C J 5C 4 B B J C J 4 5 K 1 ; 5 G 3 4A H4 K H4 ; I; K KA K K IE Q 3 4H4 ; A K KJ K; X 8 L J I4 KA H4 3 ; 5 3 ; B 3 4D 8 4P \/ / I; 4 J ; A K Q 3 4J 5 [ 4 K J E ; J 5X F Z M 4 C 3 5 J n 8 4 J 5 G J C ; 4 K 3 ; 3 4 H4 ; I4 C 3 ; 5 J K I B 5 ; 5 K J _ 4 H4 [ 4 ’H3 4 5 3 4 P W[ ; A 8 4 K J K [ 4 L I K ’ 3 4 H4 ; I4 C 3 ; 5 J K I B 5 F A 5C ID K J 4 K C 3 ; 5 E 4 K B ; J E 8 4 B A ; 9 4 B B ; 5 GI4 A J 5 E B A H c 4 K 8 A K J 5 ; D J GJ 5 C 4 ; K 4J 5H4 ; I; K K A K K op qr s j t h .5 F A 5C ID K J 4 K u5 ; 5 0 D ; J C A 4 K uB J A A J 5 E uH4 ; uB J C J 5C 4 B B J C J 4 5 K 责任编辑 陈其泰- 中国矿业大学学报第1 卷 万方数据