聚酰亚胺填充三层复合材料摩擦磨损影响因素分析

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Analysis on Influence Factors of Friction and W ear for Polyimide FilledThree--Layer Composite M aterialJiao Ming-hua，Zhang Wu-jun，Tian Ming，Su Bai-wan，Xie Ting(Institute of Tribology，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)Abstract：The friction and wear properties are studied for three-layer composite materials filed with two diferenttypes of polyimide(PI).The performance diference and microscopic mechanism of the PI formula and leaded formulaare analyzed，and the influence of the solid lubricant on the friction and wen/"perform ance of the composite material isdiscussed.The results show that composites filed bismaleimide polyimide represent minimum friction coefficient andwear in oil lubrication，but the reducing friction perform ance and carying capacity is more prominent for Compositescontaining MS10 form ula under heavy load。

Key words： FE；PI；three-layer composite material；friction and wear聚四氟乙烯(PTFE)是-种性能优异的特种工程塑料，具有低摩擦因数、良好的化学稳定性和耐高低温性等优点。PTFE基三层复合材料作为- 种优良的白润滑轴承材料得到了迅猛发展和广泛使用 j。在传统的三层复合材料中大量使用了润滑剂材料铅，与 PTFE混配使三层复合材料的减摩自润滑性能和耐磨性能得到很大提升，但铅对人类生存环境有严重危害，限制或停止使用已逐渐成为趋势 j。因此无铅三层复合材料的研究具有重要意义。

部分聚合物填料及其与固体润滑添加剂对PTFE基三层复合材料的单独或复合改性，能使材料的摩擦学性能得到-定程度的提高 。通过收稿 日期：2012-06-08；修回日期 ：2012-07-17基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275144)研究发现，在 PTFE中加入聚酰亚胺(PI)材料可有效改善 PTFE三层复合材料的摩擦、磨损性能 J，但 PI的选择对使用效果影响很大。下文主要考察了两种不同PI树脂填加到 PTFE基三层复合材料的摩擦学特性，比较了PI配方与含铅配方的性能差异及微观作用机理，并分析了不同含量的石墨(Gr)、二硫化钼(MoS：)等固体润滑添加剂对该类三层复合材料摩擦、磨损特性的影响。

1 试验方 法试验使用的主要原材料见表 1，两种 PI配方的基本组分和比例相同～各组分别在高速搅拌器内充分混合，制成黏稠状混合物，用轧机复合在钢背铜粉板上，最后烧结塑化为自润滑板材试样。

摩擦磨损试验在合肥工业大学研制的HDM-20端面摩擦磨损试验机上进行，采用标准环形上· 3O· 《轴承2013.No.1试样(内径 22 mm，外径30 mm)，试验材料制成边长38 mm的正方体下试样。试验采用逐级加载及定载两种方式进行，分别考察干摩擦和油润滑条件下的摩擦、磨损性能。

表 1 PTFE基三层复合材料的主要制备原料2 试验分析2.1 PI对减摩耐磨性能的影响将PI，与PI 分别加入到PTFE基三层复合材料中制成 1 和2 (配方)试样，与典型含铅配方 3试样在相同工况下做摩擦、磨损试验，各种润滑状态下的试验结果如图 1所示。由图 1a可知，干摩擦情况下2 试样减摩效果明显优于1 试样；轻载荷时3 试样的摩擦较小，但随着载荷的增加，2 试样表现出更好的减摩效果，1 试样摩擦特性相对最差。而在油润滑状态，含PI配方试样的摩擦磨损性能明显优于含铅配方试样，且在试验应力小于32 MPa时，1 试样的摩擦因数始终低于 2 试样，但大载荷下2 试样减摩性能更为突出。

试验应力/MPa试验应力/MPacb)油润滑图 1 摩擦因数随载荷的变化情况定载荷试验下试样磨痕深度如图2所示，由图可知，边界润滑和油润滑时，1 试样在较轻载荷下磨损量最小；在干摩擦条件下，2 试样的耐磨性稍好。总体看，含 PI配方试样的减摩耐磨性能和承载能力都明显好于含铅配方试样，并且不同类型 PI填充增强的复合材料对减摩和抗磨特性的影响具有-致性，即减摩自润滑效果好的试样，其磨损量也相对较低。

l 2# 3试样编号图2 磨痕深度柱状 图(V0.6 m/s，10 MPa)2.2 固体润滑剂对摩擦磨损性能的影响为进-步探讨 PI填充无铅 PTFE基三层复合材料的摩擦学性能，选择油润滑和干摩擦性能反差较大的PI 配方，分别调整固体润滑剂的种类及含量，分析固体润滑剂对性能的影响。试验结果如图3和图4所示。

结果表明，在干摩擦状况下加入MoS 可以达到比加入 Gr更好的减摩耐磨效果，特别是当固体润滑剂含量为9%时，含MoS：材料的摩擦因数相比加入 Gr可降低约 0.02，磨损量更是减少了60%。但是在油润滑条件下，随着 MoS ，Gr含量的增加，复合材料都能获得更好的减摩自润滑特性，且 Gr的实用效果不逊色于 MoS：，表现出更好的性价比。

3 6 9固体润滑荆质量分数GrM图3 干摩擦摩擦因数及磨痕深度变化m ∞ 嘴 凹0 O 0 O 耧 辎 嚣舔吸鞲髑 辎髑1JI 巢 避