工程塑料在过氧化氢中的摩擦学性能研究

论文摘要

聚合物材料作为动密封在工程机械中广泛应用。针对用于过氧化氢环境的动密封技术要求,试验研究超高分子量聚乙烯,聚四氟乙烯,聚甲醛在高浓度过氧化氢介质中的摩擦磨损行为,结合表面形貌、表面能谱、红外光谱等仪器分析,深入研究了聚合物材料在高浓度过氧化氢介质中的磨损机理及失效机制,以及强氧化环境对上述三种材料表面化学成份、组织结构、理化特性的影响规律,为过氧化氢强氧化环境条件下滑动材料的选材和设计提供理论基础和试验依据。本文研究的主要内容包括如下几个方面：1、试验研究超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯和聚甲醛在过氧化氢溶液中的摩擦磨损性能。通过改变过氧化氢溶液浓度,载荷以及相对滑动速度表征超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯和聚甲醛在过氧化氢介质中摩擦磨损行为。试验证实,高浓度过氧化氢中超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能要显著优于聚四氟乙烯和聚甲醛。2、结合表面形貌、表面能谱、红外光谱等仪器分析,探讨磨损机理。初步确定超高分子量聚乙烯在过氧化氢介质中的磨损机制为轻微磨粒磨损、少量塑性变形磨损和氧化磨损；聚四氟乙烯在过氧化氢溶液中的磨损机制为严重磨粒磨损、塑性变形磨损；聚甲醛在过氧化氢溶液中的磨损机制为氧化与腐蚀磨损。3、应用红外光谱技术深入分析了过氧化氢介质中超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯和聚甲醛试样摩擦试验前后材料的基团变化和氧化指数变化规律,从摩擦化学角度分析了三种工程塑料在强氧化环境下的摩擦磨损机理。论文创新体现在：以强氧化环境摩擦工作部件为应用背景,系统的研究了三种工程塑料的摩擦学特性,首次将透射红外光谱技术应用到高浓度过氧化氢中聚合物材料磨损试样分析,从摩擦化学角度分析了三种工程塑料在强氧化环境下的摩擦磨损机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 过氧化氢中材料的摩擦磨损问题及研究状况
• 1.3 工程塑料的摩擦学研究状况
• 1.3.1 聚四氟乙烯
• 1.3.2 超高分子量聚乙烯
• 1.3.3 聚甲醛
• 1.4 本文拟研究内容
• 第二章 试验设备、材料与试验方法
• 2.1 试验设备及分析仪器
• 2.1.1 QK-1型摩擦试验机简介
• 2.1.2 摩擦副系统结构示意图及工作原理
• 2.1.3 试验分析仪器
• 2.2 试验材料及加工
• 2.2.1 试验介质及材料
• 2.2.2 材料的物理机械性能
• 2.2.3 试样加工
• 2.3 试验条件与方法
• 2.3.1 块体试样试验条件与方法
• 2.3.2 薄片试样试验条件与方法
• 第三章 过氧化氢中超高分子量聚乙烯的摩擦学性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果与讨论
• 2O₂浓度对UHMWPE/GCr15摩擦学性能的影响'>3.2.1 H₂O₂浓度对UHMWPE/GCr15摩擦学性能的影响
• 3.2.2 载荷对UHMWPE/GCr15摩擦学性能的影响
• 3.2.3 转速对UHMWPE/GCr15摩擦学性能的影响
• 3.3 小结
• 第四章 过氧化氢中聚四氟乙烯与聚甲醛的摩擦学性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果与讨论
• 2O₂浓度对PTFE/GCr15摩擦学性能的影响'>4.2.1 H₂O₂浓度对PTFE/GCr15摩擦学性能的影响
• 2O₂浓度对POM/GCr15摩擦学性能的影响'>4.2.2 H₂O₂浓度对POM/GCr15摩擦学性能的影响
• 4.2.3 三种工程塑料在过氧化氢溶液中摩擦磨损性能比较
• 4.3 小结
• 第五章 工程塑料磨损试样的红外光谱分析
• 5.1 引言
• 5.2 红外光谱设备与测试方法
• 5.3 红外光谱结果讨论
• 2O₂溶液中超高分子量聚乙烯磨损试样的红外光谱分析'>5.3.1 不同浓度H₂O₂溶液中超高分子量聚乙烯磨损试样的红外光谱分析
• 2O₂溶液中聚四氟乙烯磨损试样的红外光谱分析'>5.3.2 不同浓度H₂O₂溶液中聚四氟乙烯磨损试样的红外光谱分析
• 2O₂溶液中聚甲醛磨损试样的红外光谱分析'>5.3.3 不同浓度H₂O₂溶液中聚甲醛磨损试样的红外光谱分析
• 5.4 小结
• 第六章 全文主要成果、结论及研究展望
• 6.1 全文主要成果和结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢