聚合物及其复合材料在实际工程中越来越多的作为机械零件使用 , 对有相对运动和承力场合而言 , 要求材料的耐磨性和力学性能也日渐提高 , 制备减摩耐磨性良好的聚合物及其复合材料也日益受到重视 。 有相对运动的零件的接触表面在力的作用下 , 必然有摩擦 , 从而造成磨损 。 材料的摩擦学性能必然要受到力学性能的影响 , 弄清两者之间的关联性有助于聚合物及其复合材料的结构设计、配方设计和制备工艺设计 , 从而满足使用要求和提高使用质量 。
尼龙(PA)1010作为我国特有的工程塑料 , 有很多优异的性能而被广泛应用 , 作为齿轮、轴承等受力且有相对运动机械零件材料使用时 , 要求其具有优良的耐磨性 。
刘玉坤等通过熔融共混过程制备了PA1010/硅灰石复合材料 , 已探讨了硅灰石的填充量对PA1010的挤出和注塑工艺、力学性能和热性能的影响 。 笔者主要研究其摩擦磨损性能 , 通过扫描电子显微镜(SEM)分析其磨损机理 , 探讨力学性能和耐热性与摩擦学性能间的相关性 。
01
试验原料
PA1010:熔点205℃
硅烷偶联剂:KH-550
【尼龙1010 尼龙1010是什么材料】硅灰石:长径比小于15:1 , 长度约20μm
02
试样制备
硅灰石经硅烷偶联剂改性后 , 与PA1010按一定量在高速捏合机中混匀 , 然后熔融挤出制备硅灰石填充PA1010复合材料[8] , 根据性能测试要求注射成型试样 。 复合材料中硅灰石的质量分数分别为10% , 20% , 30% , 40% , 50% , 60%和70% 。
03
结果与讨论
摩擦系数和磨损量
图1为PA1010及其复合材料的摩擦系数随着时间的变化曲线 。 纯PA1010的摩擦系数最大 , 波动也较大 , 达到摩擦稳定的时间较长 , 即跑和时间(摩擦开始到摩擦稳定的时间)较长 。 随着硅灰石的加入 , 摩擦系数不断减小 , 且很快地进入摩擦稳定期 。
文章插图
文章插图
a—硅灰石质量分数为0% , 10% , 20% , 30% 的PA1010/硅灰石复合材料;
b—硅灰石质量分数为0% , 40% , 50% , 60% , 70% PA1010/硅灰石复合材料
图1 不同硅灰石含量的PA1010/硅灰石复合材料摩擦系数随时间的变化曲线
由图1 得到的各试样的摩擦系数与硅灰石含量的关系曲线如图2所示 。 随硅灰石含量的增加摩擦系数逐渐降低 , 纯PA1010的摩擦系数为0.53 , 硅灰石质量分数由10%增加到70% , 摩擦系数几乎呈线性下降 , 当硅灰石质量分数为70%时 , 复合材料的摩擦系数降到了0.29 , 只有纯PA1010摩擦系数的54.7% , 这说明硅灰石的加入大幅度降低了PA1010的摩擦系数 , 明显改善了PA1010 的耐磨性能 。
图3示出了体积磨损量与硅灰石含量的关系曲线 。 PA1010/硅灰石复合材料的体积磨损量随硅灰石含量的增加而减小 , 纯PA1010的体积磨损量为1.76mm3 , 当硅灰石质量分数为10%时 , 磨损量只有0.72mm3 , 只有纯PA1010的40.9%;而当硅灰石质量分数为70%时 , PA1010/硅灰石复合材料磨损量最小 , 为0.20mm3 , 仅为纯PA1010的11.4% 。 所以硅灰石的加入可大幅改善PA1010的耐磨性 。
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图2 PA1010/硅灰石复合材料摩擦系数与硅灰石含量的关系
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图3 PA1010/硅灰石复合材料体积磨损量与硅灰石含量的关系
摩擦磨损机理分析
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