peek多元復合材料的制備和摩擦學性能

1、第 1 8 卷第 2 期 2 0 0 3年 6月 湘潭礦業(yè)學 院學報 J ． XI ANGT AN MI N． I NS T．Vo k 1 8N o ． 2J u I I ．2 0 0 3文 章 ■ 號 ： 1 0 0 0 — 9 9 3 0 ( 2 0 0 3 ) 0 2 — 0 0 4 8 - 0 4P E E K 多元復合材料的制備和摩擦學性能 龍春光 ，劉月花 ，張厚 安 ，龐佑 霞 ，劉厚 才 ( 1 ． 湖南科技

2、大學 機械工程及 自動化 系 ， 湖南 湘潭 4 1 1 2 0 1 ； 2 ． 漣邵機械廠 ， 湖南 漣源 4 1 7 0 0 0 )摘要 ： 用模壓 方法制備 了 E k 0 n 0 l ／ G ／ Mo S 2 ／ P E E K 多元復合 材料 ， 通過摩擦磨損 實驗方法對 材料 的摩擦 學性 能進 行 了研 究 ， 并用 S E M 對磨損表 面進 行 了觀 察 和 分 析 ， 在 此 基 礎 上 探 討 了復 合 材料 的磨

3、 損 機 理． 結果 表 明： 用 模 壓 法制 備 E k o n 0 l ／ G／ Mo S 2 ／ P E E K復合材料是 可行 的； 復合材料與 P E E K相 比， 具有優(yōu) 良的摩擦 學性 能 ； 隨著 E k o n o l 含 量 的增加 ，復合材料的磨損機理發(fā) 生了由犁耕 、 磨粒、 粘 著磨損 向疲 勞磨損 的轉變． 圖 8 ， 參 l 0 ．關 鍵 詞 ： P E E K； 復合 材料； 制備 ； 摩擦 學性能

4、中圖分類 號 ： T B 3 3 2 ； T Q3 2 6 ． 5文獻標識碼 ： A聚 醚 醚酮 ( P E E K) 是英 國 I C I ( I mp e r i a lC h e mi c a lI n d u r s t r i e s ) 公 司 于 1 9 7 0年代 開 發(fā) 的一 種全 芳 香族 半 結 晶熱 塑性 聚合 物 ， 它具 有優(yōu) 良的機 械 性能 、 耐化 學腐 蝕 性 、 抗 輻 射性 和熱 穩(wěn)定 性 ， 最

5、 為 引人 注 意 的是 它 的摩 擦 磨損 性能 ， 它 是 繼 聚 四氟 乙烯 ( P TF E) 之 后 的又 一 類 倍受歡 迎 的耐 磨減 摩材 料． 與 P TF E相 比， P E E K 有 著 更高 的承 載能力 和 更好 的加 工性能 ， 它可采 用注 射 、擠 出和 壓塑 等多種 方 法成 型 ， 能 應用 于無 潤滑 、 低 速高 載 下或 在有 液 體 、 固體 粉 塵 污 染 等惡 劣 環(huán) 境 下 ， 在 O

6、型 圈 、 軸 瓦 、 軸承保 持 架 、 齒 輪里 等獲 得成 功應用 ， 其 復 合 材 料 應 用 更 加 廣 泛 ， 大 有 替 代 傳 統(tǒng) 金 屬 材 料 的 趨 勢 [ 1] ． 然 而 ， P E E K 合成 工 藝較 為 復雜 ， 成 本 高 ， 流 動 性 差 ， 摩擦 系 數 偏 高 ． 尤 其 是 玻 璃 化 溫 度 ( 1 4 3℃ ) 較 低 ， 使用 溫度 偏低 ， 限 制 了它的應 用． 要 降低 成本

7、， 優(yōu) 化 性能 ， 材 料復 合化 是行 之有效 的方法．聚苯 酯 ( E k o n o 1 ) ， 也 稱 聚 對 羥 基 苯 甲 酸 酯 ， 是 一 種結晶型直鏈狀線型高分子． 與其它塑料相 比， 其最大 特點是具有類似金屬的一些性能 ] ： 如它具有 目前塑 料 中最高 的 熱導率 、 空 氣下最 高 的熱穩(wěn) 定 性 ， 在 高 溫下 呈 現金屬 那樣 的非 粘 性 流 動 性． 此 外 ， 它 壓 縮 強 度 高 ，耐蠕

8、變性 能 好 ， P V 極 限值 高 ． 其 晶 體 呈 片 狀 ， 類 似 于 固體 潤 滑劑 ( 如石 墨 G、 二 硫化 鉬 Mo S) ， 具 有 良好 的 自潤 滑 性 能 ． 在 此 ， 將 E k o n o l作 為 主 要 填 料 改 性 P E E K， 目的在 于 改善 P E E K 的耐熱 性 、 耐磨 性 和力 學 性能( 尤其是抗壓性能) ， 降低制品成本 ， 以擴大其高溫 適用 范 圍．石墨 ( G)

9、和 二硫 化 鉬 ( Mo S) 是 優(yōu) 良 的 固體 潤 滑 材料 ， 能協(xié) 同降 低 P E E K 復 合 材 料 的摩 擦 系 數 ， 改 善 材料 的摩 擦 磨損 性 能[ 5 ] ． 石 墨 還能 改善 P E E K 的導 熱 性 ， 提 高 P V 極 限值．1試樣制備及研 究方法 1 ． 1實驗 材料 P E E K 為吉 林長 春吉 大高 新材 料有 限責 任公 司提 供 ， 密度 為 2 ． 1 7g ／ c m。

10、 ， 過 2 0 0目 ； E k o n o l 化工 部 四川 晨 光研 究所 提供 ， 密度 為 1 ． 4 4g ／ c m。 ， 過 2 0 0目； G 為 石 墨 ， 上 海 膠 體 化 工 廠 產 品 ， 密 度 為 2 ． 25g ／ c m ，4 5 0目； Mo S 2為汕 頭市光 華化 學 廠產 品 ， 3 2 5目； 其 它 助 劑均 為市 售．1 ． 2 試 樣 的制備 用模壓法制備 E k o n o l

11、／ G ／ Mo S／ P E E K復合材料 的工藝 過程 如圖 1 所示 ．圖 1 模壓 法制備 復合材料 的工藝過程 Fi g ． 1T h ep r o c e s so fc o mp o s i t eb yc o mp r e s s i n gmo d e lme t h o d收 稿 日期 ： 2 0 0 2 - - 0 9 — 1 6基金項 目： 湖南省教育廳資助項 目( 編號： 0 1 C 3 5 2 )作者籬介

12、 ： 龍春光( 1 9 6 5 - ) ， 男 ， 湖南溆浦人 ， 湖 南科技 大學 副教授 ， 博士生 ， 主要從事金屬 、 高分子復合材料及其摩擦學 的研究．維普資訊 http://www.cqvip.com 湘潭礦業(yè)學院學報 2 0 0 3 年 6 月圖 4是 P E E K磨 損表 面 的掃 描 電鏡 ( S E M) 照 片 ，圖 5是其 局部 放 大 圖． 從 圖 4 、 5可 以 看

13、 到許 多相 互 平 行排列著連續(xù)分布的犁溝 ， 中間一條很粗 ， 局部還有撕 裂 痕跡 ， 說 明復合 材料 的磨 損機 理是 以犁 耕 、 磨 粒磨 損 為 主[ 9 ] ， 輔 以一定 的粘著 磨損 ．圖 6是 E k o n o l 含 量 為 1 5的 E k o n o l ／ G／ Mo S 2 ／P E E K復合材料磨損表面的 S E M 照片． 可以看出， 犁 溝 比純 P E E K 要 少 而 淺 ， 但 撕 裂

14、 現 象 有 所 加 重 ， 且 出 現 了少 量 凹坑 ． 說 明犁 耕和磨 粒 磨損 減弱 ， 粘著 磨損 加 重 ， 而且 出現 了一 定程度 的疲 勞磨 損．圖 7是 E k o n o l 含 量 為 3 O的復 合 材 料磨 損 表 面 的 S E M 照 片． 可見 ， 與 圖 4 ～6相 比 ， 犁 溝 更 少 更 淺 ，但疲 勞剝 落坑 增 多 ， 說 明 當 E k o n o l 含 量 增 加 到 3 O時 ，

15、復合 材料 的磨 損機 理轉換 為 以疲 勞磨 損為 主 ， 輔 以 少量 的粘著磨 損． 而從 圖 8中可 以看 出 ， 當 E k o n o l 含 量 為 4 O時 ， 磨 損 表 面 看 不 到 磨 痕 ， 只有 微 小 的 剝 落 圖 4P E E K磨損表 面的 S E M 照片 ( 4 0 0X )Fi g4S EM g r a p ho f P EE K’ Swe a r s u r fa c e坑． 說 明其 磨

16、 損機 理 為疲勞磨 損 ． 這 主要是 由于 隨著 硬 質點相 E k o n o l 含量的增 加， 材料 總體硬度提高 ， 抗粘 著能力增強． 但由于增容劑的增容效果有限 ， 直接影響 著兩者之間的結合強度． 因此在摩擦磨損實驗過程 中，由 于載 荷 的作用 ， 復 合材 料 中的 硬 質顆 粒將 成 為應 力 集中源 ， 在其周圍容易出現應力集中， 從而使其周圍的 材 料產 生塑 性變 形甚 至 塑 性 流動 ． 當對 磨 面上

17、 的硬 凸 峰 在復合 材 料表 面滑 動 時 ， 這 些 硬 質 點 就不 斷受 到 循 環(huán) 載荷 的作 用 ， 使 周 圍 的應 力 和 材 料 的 塑性 流 動也 將 不斷增大 ， 過大的應 力集 中和塑性流動就會導致硬質 顆 粒處 出現 疲勞 裂紋 ． 裂紋 產生 以后 ， 由于復合 材料 試 塊受 周期 性 載荷 的作用 ， 裂 紋會 發(fā)生 擴展 ， 當裂 紋 擴展 到一 定程 度 時 ， 就會 在復 合 材料 的 表層 內形

18、 成 平 行 于 表 面 的細小 疲勞 裂紋． 此后 隨著 滑動 的作 用 ， 接 觸疲 勞 加劇 ， 最 終使 該處 的材 料從 表層脫 落 ， 在磨 損表 面 留下 剝 落坑 ， 即 出現疲 勞磨 損[ 1 。 。 ．圖 5P E E K磨損表 面的 S E M 照片 (10 0 0X )g5S E M g r a p ho f P EE K’ S we a rs u r f a c e圖 61 5 ％ E k o n o l 復材

19、磨損表 面的 S E M 照片 圖73 0 ％E k o n o l 復材磨損表 面的 S E M 照 片 圖 84 0 ％E k o n o l 復材磨損表 面的 S E M 照片F i g ． 6S EM g r a p ho f t h ewe a rs u r f a c eo fF i g ． 7S E M g r a p ho f t h ewe a rs u r fa c eo fF i g ． 8S E M g

20、 r a p ho f t h ewe a rs u r fa c eo f15 ％ Ek o n o lc o mp o s i t e3 0 ％ E k o n o lc o mp o s i t e4 0 ％ E k o n o lc o mp o s i t e綜 上所 述 ， 隨著 E k o n o l 含 量 的增加 ， 材 料 的磨 損 發(fā) 生了 由犁耕 、 磨 粒 、 粘著磨 損 向疲 勞磨損 的轉 變 ， 且 由于

21、固體 潤 滑 劑 G、 Mo S z在 摩 擦 過 程 中 ， 不 斷 向對 磨 環(huán) 上 發(fā)生 轉移 ， 形 成 轉移膜 ， 有 助 于減 輕復合 材料 的磨 損．2 )固體 潤滑劑 G、 Mo S和 E k o n o l 的加 入 ， 能有 效 降低 摩擦 系數 和磨損 量 ， 提 高 P E E K 的 摩擦 學 性 能 ， 制 得較 為理 想 的 自潤 滑復 合材料 ；3 )隨著 E k o n o l 含量 的增 加 ， 復合

22、 材 料 的磨 損機 理 發(fā)生 了由犁耕 、 磨粒、 粘著磨損向疲勞磨損 的轉變．3結論 參 考文 獻 ：1 )用 模 壓 法制 備 E k o n o l ／ G／ Mo S 2 ／ P E E K 復 合 材 [ 1 ] 李 飛· 聚醚醚酮及 其復 合材料摩擦學研究近況[ J ] · 材料科學與工料是 可行 的 ， 但 需要 選擇 合 理 的工藝 參數 和脫模 劑 ；程，。 。 。 ’。 ‘ 。 ’ l’-維普資