二硫化钼改性热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究.docx
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1、二硫化钼改性热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究摘要:本文以二硫化钼(MoS2)为改性剂,将其尺寸控制在纳米级别,与热塑性聚酰亚胺(PEEK)制备复合材料。通过摩擦磨损试验,研究改性剂的添加对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,MoS2的添加可以显著提升复合材料的耐磨性和摩擦稳定性。随着MoS2含量的增加,摩擦系数下降,磨损率逐步降低,同时复合材料的表面形貌也得到改善。本文为应用MoS2改性PEEK制备高性能摩擦材料提供了参考。关键词:二硫化钼;热塑性聚酰亚胺;复合材料;摩擦磨损1. 引言热塑性聚酰亚胺(PEEK)具有优异的高温稳定性、耐化学腐蚀性和力学性能,在航空航天、汽车、化工等领
2、域有广泛的应用。然而,PEEK聚合物本身的耐磨性和摩擦性能较差,限制了其在高摩擦、高磨损条件下的应用。因此,通过添加改性剂来改善聚合物的摩擦磨损性能是一种有效的方法。二硫化钼(MoS2)是一种具有层状结构的固体润滑剂,具有良好的耐高温、耐腐蚀和化学稳定性。MoS2可以通过机械研磨、水相法、溶液法等方法制备成不同粒径、不同形貌的纳米材料。将MoS2作为改性剂添加到PEEK中,可以提高复合材料的耐磨性和抗摩擦性能。本文以不同含量的纳米级MoS2为改性剂,制备MoS2/PEEK复合材料,并通过摩擦磨损试验研究改性剂的添加对复合材料的摩擦磨损性能的影响,为制备高性能摩擦材料提供参考。2. 实验部分2.
3、1 材料PEEK(Invibio,牌号:PEEK450G);MoS2(Sigma-Aldrich,粒径为50 nm)。2.2 制备复合材料将PEEK颗粒和MoS2按一定比例混合,放入内胆式混料机中混料30 min。然后将混合料倒入注塑机,加热至350,注塑制备成复合材料试样。制备的复合材料含MoS2的质量分数分别为0、2、4、6、8%。2.3 摩擦磨损实验采用环形摩擦试验机(TR1000)进行摩擦磨损实验。试样直径为30 mm,厚度为5 mm,摩擦对为球盘-板材对。试验条件为:负载1 N,转速100 rpm,温度室温(25),滑动距离5000 m。试验前将试样表面抛光至镜面状态。3. 结果与讨
4、论3.1 复合材料的表征采用扫描电镜(SEM)对复合材料进行表征。图1为不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的SEM图像。可以看出,随着MoS2含量的增加,复合材料表面的MoS2颗粒数量增多,分布更加均匀。!MoS2改性PEEK复合材料的SEM图像(https:/img-图1 MoS2改性PEEK复合材料的SEM图像3.2 摩擦磨损试验结果图2为不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的摩擦系数随时间的变化曲线。可以看出,摩擦系数呈现逐渐下降的趋势,随着MoS2含量的增加,摩擦系数下降速度加快,摩擦稳定性得到改善。!不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的摩擦系数随时间的变化曲线(htt
5、ps:/img-图2 不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的摩擦系数随时间的变化曲线图3为不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的磨损率随MoS2含量的变化曲线。可以看出,随着MoS2含量的增加,磨损率逐步降低,其中含8% MoS2的复合材料磨损率最低,降低了45.6%。!不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的磨损率随MoS2含量的变化曲线(https:/img-图3 不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料的磨损率随MoS2含量的变化曲线3.3 表面形貌观察图4为不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料表面的SEM图像。可以看出,当MoS2含量为8%时,复合材料表面磨损较轻,表面形
6、貌得到改善,表面上的MoS2颗粒也更为均匀。!不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料表面的SEM图像(https:/img-图4 不同质量分数MoS2改性PEEK复合材料表面的SEM图像4. 结论本文以二硫化钼(MoS2)为改性剂,制备了MoS2/PEEK复合材料。通过摩擦磨损试验研究了MoS2含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,MoS2的添加可以显著提升PEEK复合材料的耐磨性和摩擦稳定性。随着MoS2含量的增加,摩擦系数下降,磨损率逐步降低,复合材料的表面形貌也得到改善。本研究为应用MoS2改性PEEK制备高性能摩擦材料提供了参考。此外,实验结果还表明,MoS2颗粒的添加可以改善
7、复合材料的摩擦表现。MoS2作为固体润滑剂,可以在摩擦过程中提供有效的润滑,降低复合材料的摩擦系数,并减少磨损。同时,MoS2固体润滑剂的添加对聚合物基质的性质影响较小,不会对PEEK的机械性能和化学稳定性造成较大的影响。在实际应用中,MoS2/PEEK复合材料可以广泛应用于高摩擦磨损环境下的机械部件,具有较高的耐磨性和摩擦稳定性。例如,可以应用于航空航天、汽车、模具等领域的配件和零部件制造中,可以提高零部件的使用寿命和性能稳定性。此外,MoS2/PEEK复合材料的制备方法简单,可以通过现有的注塑工艺进行制造,具有一定的工业实用性。总之,本研究为MoS2改性PEEK复合材料的制备及其在高摩擦磨
8、损环境下的应用提供了一定的理论和实验基础,对于推动高性能摩擦材料的发展具有重要的意义。未来,还可以更深入地研究MoS2与其它改性剂的复合改性,探索更优异的复合材料性能及其应用领域,促进摩擦材料的不断创新和发展。除了MoS2,其它的固体润滑剂如石墨、氧化石墨等也被广泛应用于高性能摩擦材料的制备中。将这些固体润滑剂与聚合物基质混合,可以制备出具有优异摩擦性能和耐磨性的复合材料。对于这些材料的研究不仅有助于摩擦材料的优化,还可以解决摩擦和磨损问题,提高材料的使用寿命和效率。此外,近年来,纳米复合材料的研究也受到了广泛的关注,其中纳米粒子的添加对复合材料的性能改善是一个研究热点。与传统材料相比,纳米复
9、合材料具有更高的比表面积和更小的粒径,可以提高材料的机械性能、化学稳定性和热稳定性。因此,将纳米粒子与聚合物基质混合,可以制备出具有优异性能的纳米复合材料,在摩擦和磨损环境中具有更好的耐久性和使用寿命。总之,固体润滑剂和纳米材料的添加对于优化摩擦材料的性能具有重要的意义,这些研究成果在航空航天、汽车、轨道交通、能源等领域都有广泛的应用。未来,我们还需要进一步开展材料科学方面的研究工作,探索新的合成方法和合理设计纳米结构,从而实现更优异的摩擦材料性能,使其更广泛地应用于现实生产和工业应用中。除了固体润滑剂和纳米材料的添加外,还有一些其它的改性方法被广泛研究,例如功能化改性、表面改性等。功能化改性
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