聚四氟乙烯基超声电机耐磨涂层的研究

发布时间：2017-08-14 22:05

  本文关键词：聚四氟乙烯基超声电机耐磨涂层的研究

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【摘要】：超声电机因具有许多优异的性能而广泛应用于航空航天、国防军事和精密定位等诸多前沿领域。由于超声电机是靠定转子间的摩擦产生驱动力,因而界面摩擦材料的性能对超声电机的机械特性和使用寿命有着至关重要的影响。聚四氟乙烯因具有摩擦系数低、化学稳定性强和耐高低温等特性,成为超声电机首选的摩擦材料。本论文选用聚四氟乙烯为研究对象,并通过聚苯酯、碳纤维以及纳米氧化铝及其纤维单一或混合填充对其进行改性,以制备符合超声电机使用要求的摩擦材料。论文系统研究了聚四氟乙烯基复合材料涂层的制备工艺、组分设计,以及不同填料、不同含量对聚四氟乙烯基复合材料涂层的力学、摩擦学、防粘性及超声电机输出特性等性能影响,并利用扫描电镜分析了复合材料涂层表面的原始形貌和磨损形貌,探讨了复合材料的磨损机理。得到了以下主要结论:1、制备不同含量聚苯酯改性聚四氟乙烯基超声电机摩擦材料。结果表明:聚苯酯对聚四氟乙烯的微观结构产生影响,适量的聚苯酯不但可以提高复合材料涂层的力学性能和防粘性能,还可以显著提高复合材料涂层的耐磨损性能,磨损率最低时为3.42×10-4mm3/N·m。经10wt.%聚苯酯改性后的涂层表面磨损损伤明显减轻,仅存在少许微裂纹,磨损机理主要为疲劳磨损。此时聚四氟乙烯基复合材料综合性能最好。2、制备碳纤维协同聚苯酯改性聚四氟乙烯基超声电机摩擦材料。结果表明:与聚苯酯改性相比,碳纤维协同聚苯酯改性后的聚四氟乙烯基复合材料涂层的综合性能明显增强,其附着力高达0级;当碳纤维含量为10wt.%时,涂层的磨损率为3.35×10-4mm3/N·m,磨损机理主要为粘着磨损,此时聚苯酯/聚四氟乙烯基复合材料为超声电机输出特性很好的摩擦材料。3、制备纳米氧化铝和氧化铝纤维分别协同聚苯酯改性聚四氟乙烯基超声电机摩擦材料。结果表明:适量填充不同形态的氧化铝均能提高聚苯酯/聚四氟乙烯基复合材料涂层的力学性能、防粘性能及耐磨性能。但纳米氧化铝更能显著改善复合材料涂层的综合性能,其中1%纳米氧化铝改性后的复合涂层接触角为142o,防粘性最好,磨损率为2.88×10-3mm3/N·m。当分别填充1wt.%纳米氧化铝和0.5wt.%氧化铝纤维时,聚苯酯/聚四氟乙烯基复合材料使超声电机具有较高的空载转速和较大的堵转扭矩,超声电机的综合性能优异。
【关键词】：摩擦材料 聚四氟乙烯 聚苯酯 碳纤维 纳米氧化铝 氧化铝纤维 超声电机
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB39;TM359.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 摩擦学14-19
• 1.1.1 摩擦学的发展14-15
• 1.1.2 摩擦原理15-17
• 1.1.3 磨损机理17-19
• 1.2 超声电机摩擦材料19-24
• 1.2.1 超声电机简介19-21
• 1.2.2 超声电机对摩擦材料的要求21-22
• 1.2.3 超声电机摩擦材料进展22-24
• 1.3 聚四氟乙烯的结构及性能24-26
• 1.3.1 聚四氟乙烯的结构和特点24-25
• 1.3.2 聚四氟乙烯的摩擦机理及其改性25-26
• 1.4 本论文研究的主要内容26-28
• 第二章 PTFE基摩擦材料的制备工艺及测试方法28-39
• 2.1 引言28
• 2.2 聚四氟乙烯基摩擦材料的制备流程28-33
• 2.2.1 原料选择29
• 2.2.2 基材预处理29-30
• 2.2.3 原料表面处理30-31
• 2.2.4 涂层制备31-33
• 2.3 摩擦材料涂层的性能测试33-38
• 2.3.1 硬度测试33
• 2.3.2 附着力测试33
• 2.3.3 防粘性能测试33-34
• 2.3.4 摩擦学性能测试34-36
• 2.3.5 涂层表面形貌表征36
• 2.3.6 超声电机机械性能测试36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 聚苯酯改性聚四氟乙烯基复合材料的性能研究39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 原料39-40
• 3.2.2 原料处理40
• 3.2.3 试样制备40-41
• 3.2.4 性能测试41
• 3.3 结果与讨论41-48
• 3.3.1 涂层表面原始形貌41-43
• 3.3.2 力学性能43-44
• 3.3.3 防粘性能44-46
• 3.3.4 摩擦学性能46-47
• 3.3.5 涂层表面磨损形貌47-48
• 3.3.6 超声电机机械特性48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 碳纤维改性POB/PTFE基复合材料涂层50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50-52
• 4.2.1 原料50-51
• 4.2.2 试样制备51-52
• 4.2.3 性能测试52
• 4.3 结果与讨论52-58
• 4.3.1 涂层表面原始形貌52-53
• 4.3.2 力学性能53-54
• 4.3.3 防粘性能54-55
• 4.3.4 摩擦学性能55-57
• 4.3.5 涂层表面磨损形貌57
• 4.3.6 超声电机机械特性57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 不同形态氧化铝改性POB/PTFE基复合材料60-72
• 5.1 引言60-61
• 5.2 实验步骤61-63
• 5.2.1 原料61-62
• 5.2.2 试样制备62-63
• 5.2.3 性能测试63
• 5.3 结果与讨论63-71
• 5.3.1 涂层表面原始形貌63-64
• 5.3.2 力学性能64-66
• 5.3.3 防粘性能66
• 5.3.4 摩擦学性能66-68
• 5.3.5 涂层表面磨损形貌68-70
• 5.3.6 超声电机机械特性70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

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