聚四氟乙烯基固体润滑剂的结构、制备及性能研究

发布时间：2020-10-16 12:36

　　 本研究论文以摩擦学、高分子材料基本理论为指导，以水轮发电机镶嵌轴承用固体润滑剂为研究对象，进行高分子基复合材料的摩擦学行为的全面研究。经过查阅大量国内外文献资料后确定原料为：聚四氟乙烯树脂为基体，加入石墨、二硫化钼、铜粉、碳纤维等填料；试验方法为：根据均匀试验方法设计配方，用样条函数找出配方与摩擦性能的关系，然后在拟合曲线上选取具有代表性的试验点进行验证试验，达到优化的目的；制备工艺：冷压烧结法制备固体润滑剂。 用SEM表征原料微观结构、摩擦表面及润滑转移膜表面形貌：用XRD进行原料物相分析，及比较水冷却、空气冷却、随炉冷却三种工艺条件下的纯聚四氟乙烯树脂的结晶度；用DSC-TG分析纯聚四氟乙烯树脂及固体润滑剂的热稳定性；用XPS表征碳纤维表面、固体润滑剂摩擦前后表面、润滑转移膜表面的元素组成、价态变化；用销盘式摩擦磨损试验机对固体润滑剂进行摩擦性能测试；采用专用的台架模拟试验机对固体润滑剂镶嵌轴承套与钢轴摩擦副间的摩擦磨损性能进行测定；用莱次偏光显微镜(PM)测试固体润滑剂的硬度；用材料试验机测试固体润滑剂的抗压强度等。试验结果表明： 所选原料的尺寸、形状及纯度可满足固体润滑剂的性能要求；聚四氟乙烯树脂热分解温度超过400℃，但在PTFE中加入无机填料会使复合材料吸水率提高，熔融温度及分解温度降低，且伴有氧化分解反应；碳纤维表面含有C=O及C-O-C等极性基团，有利于提高其与其它组分的相容性，提高层间剪切强度；均匀设计试验方法能够用较少的试验次数找出配方与摩擦性能间的关系，拟合曲线基本能表示各配方的摩擦系数发展趋势；配方中不加铜粉或不加石墨，其摩擦系数均较高，说明铜粉和石墨应该配合使用；当铜粉15份、石墨60份时，铜粉30份、石墨30-40份时，铜粉60、石墨15-30份时，摩擦系数均具有较低值；纯聚四氟乙烯树脂在空气冷却时结晶度最大，磨损量也是三者中最大的；同时，固体润滑剂试样在空气冷却时的磨损量也是三者中最大的：不论是固体润滑剂与45#钢轴配副或是固体润滑剂镶嵌入铜套后与GCr15钢轴配副，在金属表面均可形成润滑转移膜，从而减少金属摩擦 副表面间的直接接触，大大延长其使用寿命;转移膜中主要含有较多的石墨、 少量聚四氟乙烯、MOO。、FeSO4、CuS等物质;烧结及摩擦均使固体润滑 剂表面发生化学变化，使Mo、S、Fe等元素的价态发生变化;纯PTFE的显 微硬度最低，固体润滑剂的表面硬度基本是随着填料加入量的增加而增加的; 纯PTFE的抗压强度最低，在PTFE树脂中加入无机填料均可明显提高其抗压 强度，但并不是加入量越多，抗压强度提高越明显。填料加入过多，不但影 响成型加工性(易断裂)，而且影响抗压强度。 本研究论文的创新点: 1、对聚四氟乙烯树脂为基体的高分子复合材料摩擦学行为进行了较全面的 研究; 2、根据均匀试验方法设计配方，用样条函数找出配方与摩擦性能的关系， 然后在拟合曲线上选取具有代表性的试验点进行验证试验，达到优化的目 的; 3、通过聚四氟乙烯与无机填料的复合，研制出一种专用于水轮发电机组镶 嵌轴承用的固体润滑剂。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2004
【中图分类】：TH117.2
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 固体润滑剂及固体润滑轴承的现状
        1.2.1 固体润滑剂的历史及现状
        1.2.2 滑动轴承的现状
    1.3 本论文的研究内容
第二章 固体润滑剂原料结构、配方设计及优化
    2.1 固体润滑剂的原料选择
    2.2 配方设计
    2.3 实验部分
        2.3.1 固体润滑剂原料物相表征方法
        2.3.2 固体润滑剂摩擦性能试验
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 固体润滑剂原料物相分析
        2.4.2 固体润滑剂摩擦性能试验结果及分析
    2.5 配方优化
    2.6 优化结果验证
    2.7 结论
第三章 固体润滑剂及镶嵌轴承套的制备
    3.1 固体润滑剂的制备
    3.2 镶嵌轴承套的制备
    3.3 固体润滑剂的表征方法及性能测试
        3.3.1 XRD
        3.3.2 SEM
        3.3.3 摩擦磨损试验
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 XRD图谱分析
        3.4.2 SEM分析
        3.4.3 摩擦磨损试验结果及分析
    3.5 结论
第四章 固体润滑剂性能
    4.1 固体润滑剂的表征方法及性能测试
        4.1.1 固体润滑剂吸水性试验
        4.1.2 固体润滑剂收缩率、膨胀率计算
        4.1.3 固体润滑剂显微硬度测试方法
        4.1.4 固体润滑剂抗压强度测试方法
        4.1.5 X-光光电子能谱(XPS)
        4.1.6 热分析表征(DSC-TG)
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 固体润滑剂吸水性试验结果及分析
        4.2.2 固体润滑剂收缩率、膨胀率计算结果及分析
        4.2.3 固体润滑剂硬度试验结果及分析
        4.2.4 固体润滑剂抗压强度试验结果及分析
        4.2.5 X-光光电子能谱(XPS)试验结果及分析
        4.2.6 热分析(DSC-TG)测试结果及分析
    4.3 结论
参考文献
附录 攻读硕士期间发表的论文
致谢

【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 谢长虹;超高分子量聚乙烯基固体润滑剂添加剂改性及应用研究[D];武汉理工大学;2010年

本文编号：2843263