PEEK基高温自润滑复合材料的设计制备及其摩擦学性能研究

发布时间：2019-09-30 16:54

【摘要】：随着汽车、航天等行业的快速发展,对应用于本领域的工程塑料齿轮的应用工况要求更加苛刻。工程塑料齿轮易出现轮齿折断、齿面磨损等失效形式,因此制备强韧性和高温自润滑性能有机统一的高温自润滑复合材料,对提高工程塑料齿轮的应用工况以及延长使用寿命具有重要意义。本文基于高分子聚合物官能化和合金化技术,结合多元复合填料的协同改性机理对PEEK基高温自润滑复合材料进行设计制备,并对其物理性能、机械性能、热学性能以及摩擦学性能进行了系统研究。采用溶解度参数和玻璃转化温度相结合的方法对复合材料基体进行研究,结果表明:三元PEEK/PEI/PES基体的相容性较好,并确定其组分比为85/10/5。基于复合材料的耐磨性和增强性原则,添加不同含量的短碳纤维(SCF)、二硫化钼(MoS_2)、钛酸钾晶须(PTW)、二氧化钛(TiO_2)作为复合材料增强相;采用传统数学模型和有限元相结合的方法,研究了添加剂组分及组分比与复合材料摩擦系数、弯曲强度和摩擦生热引起温升的关系。采用真空热压烧结法制备了复合材料,并对其机械性能和热学性能进行测试。结果表明:复合材料弯曲强度、硬度以及热稳定性均明显增强,弯曲强度随着MoS_2、PTW、TiO_2含量的增加先增大后减小,而随着SCF含量的增加逐渐增大。干摩擦条件下,在高温摩擦磨损试验机上对复合材料进行摩擦磨损试验。结果表明:在添加剂的协同作用下,PEEK基高温自润滑复合材料的摩擦学性能得到提高。随着SCF和MoS_2含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率先减小后增大;随着PTW晶须含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率都逐渐降低;随着TiO_2含量的增加,复合材料的摩擦系数先减小后增大,而磨损率逐渐增大。当添加剂SCF、MoS_2、PTW的质量分数分别为10%、10%、15%时,复合材料摩擦学性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.25和1.65′10-8cm3·N-1·m-1。相对于试验转速和载荷,温度改变对复合材料的摩擦学性能影响较大。随着温度的升高,复合材料的摩擦系数先减小后增大,而磨损率逐渐增大。当试验温度为100℃时,复合材料摩擦系数最低,复合材料适合的温度工况为0~150℃。通过SEM和XRD对摩擦磨损表面进行分析,探讨了复合材料的自润滑机理。
【图文】：

工程塑料,齿轮材料,耐高温性,优异特性

是应用最为广泛的、传动比稳定等优点[1]。基于产因其具有降噪、耐腐蚀、自润滑料发展历程图。聚甲醛（POM）种工程塑料材料，因其性能较低（LCP）主要用来制造电子、仪尺寸稳定性好，耐高温性强等酮（PEEK）因其优异特性，被等苛刻工况中使用[3]。

聚醚醚酮,工业产品

温自润滑复合材料的设计制备及其摩擦学性能研究4图 1.3 常见聚醚醚酮工业产品图1.3.2 聚醚醚酮（PEEK）的国内外研发现状随着 PEEK 市场需求的增长，全球最大的 PEEK 制造商威格斯正积极研发高性能PEEK 新产品。威格斯 PEEK 系列产品为粒料、粉料、以及半成品（如薄膜和管材）等多种形式[17]。威格斯收购使用工程塑料齿轮替代金属齿轮的 Kleiss 齿轮公司后，能加快威格斯在 PEEK 齿轮行业的发展。全球领先的高性能塑料生产商索尔维公司一直积极扩大产能，主要产品为 KetaSpirePEEK、AvaSpire PAEK 及 Zeniva PEEK 等[18]。近年，索尔维在追求产品的产量同时更注重其性能，，2014 年，KetaSpire 系列 PEEK 产品得到飞机制造商 Airbus（空中巴士）的认可，表明索尔维 PEEK 产品在航天航空工业的应用技术愈加成熟[19]。赢创工业集团是德国 PEEK 制品重要的生产商之一，2005 年收购吉林大学高新材料有限责任公司建立合资企业吉大赢创高性能聚合物有限公司
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332

【参考文献】