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聚酰亞胺(PI)作為一種綜合性能優(yōu)異的工程塑料，其具有優(yōu)異的機械性能、自潤滑性能、耐高溫性能和耐溶劑性能。近年來不斷受到重視，常以齒輪、軸套、活塞環(huán)等摩擦配件的形式被廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車，電子電氣等領(lǐng)域。然而，純PI磨損率比較大，進而限制了其在摩擦領(lǐng)域的應(yīng)用。為了滿足各領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苣湍バ訮I摩擦材料的需求。國內(nèi)外學(xué)者針對PI的改性展開了大量的研究，特別以其為基體的復(fù)合材料在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用成為研究熱點之一。
影響聚合物復(fù)合材料摩擦磨損行為的主要因素包含內(nèi)部因素和外部因素兩個方面。內(nèi)部因素包括填料物性，分布等，外部因素包括摩擦條件、工況條件、環(huán)境氣候。對偶件性質(zhì)等。目前，對聚酰亞胺及其復(fù)合材料摩擦磨損性能研究，大多是針對單方面因素，缺乏系統(tǒng)性。
為此，本文以PI復(fù)合材料為研究對象，分別從外部環(huán)境，內(nèi)部環(huán)境系統(tǒng)的對復(fù)合材料摩擦磨損性能進行研究。同時，針對PI納米復(fù)合材料摩擦過程中摩擦系數(shù)曲線的變化，提出了一種新的聚合物納米復(fù)合材料相分散均勻性表征方法。具體工作如下:
(1)采用原位聚合法制備了凹凸棒土(簡稱凹土AT)/聚酰亞胺納米復(fù)合材料，考察了納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、在干摩擦、水潤滑和油潤滑三種情況下的摩擦磨損性能，并利用掃描電子顯微鏡觀察了磨損表面形貌。結(jié)果表明:凹凸棒土質(zhì)量分數(shù)為3％時，復(fù)合材料的拉伸強度最好，隨著納米顆粒含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強度、斷裂伸長率出現(xiàn)了明顯的下降，而彈性模量一直呈現(xiàn)上升趨勢;在干摩擦條件下，低含量的納米顆粒有助于轉(zhuǎn)移膜的形成，可以有效改善材料的摩擦性能;在水潤滑下，由于水的溶脹和冷卻作用，摩擦系數(shù)較干摩擦降低了一個數(shù)量級;在油潤滑下，潤滑油的流動性有助于納米顆粒分布到整個摩擦表面，材料的摩擦系數(shù)及磨損率有明顯降低，相比于干摩擦和水潤滑的磨粒磨損，此時磨損機制以疲勞磨損為主。
(2)選取質(zhì)量分數(shù)為3％凹凸棒土/聚酰亞胺復(fù)合材料作為研究對象，通過正交實驗設(shè)計和方差分析系統(tǒng)考察了工況（對偶面粗糙度、滑動速度和載荷）在水潤滑條件下對凹凸棒土改性聚酰亞胺摩擦磨損行為影響。通過電子顯微鏡(SEM)觀察其磨損表面形貌分析材料磨損機制。研究表明:凹土含量為3％時，隨著對偶面粗糙度增加，易產(chǎn)生磨粒磨損，導(dǎo)致形成的轉(zhuǎn)移膜不平整，摩擦系數(shù)和磨損率都增加，隨著載荷的增加，材料磨損率增加而摩擦系數(shù)降低。隨著滑動速度的增大，材料磨損率增加，摩擦系數(shù)出現(xiàn)先增大后降低的趨勢。排除表面粗糙度的干擾，方差分析表明載荷，速度對材料磨損行為影響顯著。
(3)針對PI納米復(fù)合材料摩擦過程內(nèi)部環(huán)境影響研究中，發(fā)現(xiàn)填料的分布狀況不同，PI納米復(fù)合材料的摩擦系數(shù)波動明顯。本文對這種現(xiàn)象深入分析。結(jié)果表明:對于分散相不均勻的復(fù)合材料，在其摩擦過程中納米顆粒稀少區(qū)域和納米顆粒團聚區(qū)域會交替出現(xiàn)。分散相稀少區(qū)域成為摩擦界面時，轉(zhuǎn)移膜形成不完整，摩擦系數(shù)較高，分散相集中區(qū)域成為摩擦界面時，轉(zhuǎn)移膜形成良好，摩擦系數(shù)則較低。通過表征材料的摩擦系數(shù)可以較準確的反映出其內(nèi)部納米顆粒的分散程度。

    關(guān)鍵詞：
    聚酰亞胺 凹凸棒土 復(fù)合材料 摩擦磨損性能 原位聚合法 正交實驗 方差分析
    作者：
    沈旭
    學(xué)位授予單位：
    南京工業(yè)大學(xué)
    授予學(xué)位：
    碩士
    學(xué)科專業(yè)：
    化學(xué)工程
    導(dǎo)師姓名：
    黃培
    學(xué)位年度：
    2014
    語種：
    中文
    分類號：
    TB332