导热型自润滑聚甲醛复合材料的制备与性能

论文摘要

现代机械、电子、医疗设备等领域的飞速发展,使得各类滑动部件,如：轴承、导轨、滑板、活塞环等的应用越来越广泛。随着高科技的不断进步,精密仪器、电子电器及各种产业机械不断向小型化、轻型化、高性能、高速化发展,动力传动传导的条件变得越来越苛刻。导热型自润滑聚合物基复合材料是研究的重点方向之一,其开发和应用具有重要意义。本文以微米铜粒子作为导热填料,采用聚四氟乙烯（PTFE）以及紫外光辐照接枝法制备的聚乙烯（LLDPE/HDPE）接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯（PFAMAE）作为固体润滑剂,通过双螺杆挤出的方法制备出可用于轴承或齿轮的导热型自润滑聚甲醛复合材料,研究了铜粒子及固体润滑剂对聚甲醛（POM）导热性能及摩擦磨损性能的影响。1.采用双螺杆挤出的方法制备了金属铜粉改性的POM导热复合材料,研究了铜粒子对复合材料热导率及摩擦磨损性能的影响。实验结果表明：当铜含量大于7.3vo1%时,复合材料的热导率随着铜含量的增加而增加。铜粒子的引入不仅提高了复合材料的热导率,而且降低了材料的摩擦系数,但导致磨损率增大。2.采用PTFE作为固体润滑剂制备了POM/Cu/PTFE复合材料,研究了PTFE对材料导热性及摩擦磨损性能的影响,并对材料的导热模型及磨损机理进行了探讨。经过PTFE改性后,复合材料的热导率与POM/Cu体系相比基本不变,摩擦系数和磨损率降低。POM/Cu/PTFE复合材料的磨损主要为粘着磨损和磨料磨损。3.采用紫外光辐照接枝的方法成功将PFAMAE接枝到聚乙烯（LLDPE/HDPE）分子链上,开发出新型固体润滑剂PE-g-PFAMAE,研究了其对复合材料摩擦磨损性能的影响。实验结果表明：PE-g-PFAMAE的添加改善了PE分散相在POM基体中的分散性,效果优于传统PE相容剂PE-g-MAH; PE-g-PFAMAE可以有效地提高复合材料的摩擦磨损性能,在摩擦过程中形成均匀的润滑层,降低了材料的磨损。复合材料的磨损机理主要为粘着磨损与磨料磨损。4.将实验室自制的新型固体润滑剂HDPE-g-PFAMAE加入POM/Cu复合材料,研究了HDPE-g-PFAMAE对复合材料导热性及摩擦磨损性能的影响,并与传统固体润滑剂PTFE做了对比。实验结果表明：HDPE-g-PFAMAE改性的POM复合材料中,填料粒子在基体中的分散性较好,呈球状颗粒分布,粒子间距离缩短,更易形成导热通路；HDPE-g-PFAMAE的加入在降低材料摩擦系数与磨损率的同时,还进一步提高了材料的热导率；HDPE-g-PFAMAE对POM复合材料的减摩效果与PTFE相当,耐磨性及力学性能均优于PTFE; HDPE-g-PFAMAE减少了材料的磨料磨损,复合材料的磨损过程主要为粘着磨损。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 第2章 文献综述和研究内容
• 2.1 聚甲醛（POM）简介
• 2.1.1 聚甲醛的物理化学特性
• 2.1.2 聚甲醛的应用和市场
• 2.2 聚合物的导热性能改性研究
• 2.2.1 聚合物的导热机理
• 2.2.2 聚合物的导热理论模型
• 2.2.3 聚合物的导热性能测试方法
• 2.2.4 聚合物导热性能的研究现状
• 2.3 聚甲醛的摩擦磨损性能改性研究进展
• 2.3.1 聚合物的摩擦磨损理论
• 2.3.2 聚甲醛的摩擦磨损性能改性研究现状
• 2.3.3 聚甲醛的摩擦磨损性能改性存在问题
• 2.4 固体润滑剂
• 2.4.1 固体润滑剂简介
• 2.4.2 聚乙烯及其在改性聚合物摩擦磨损性能方面的应用
• 2.4.3 聚乙烯的表面接枝改性
• 2.5 本文的研究内容
• 第3章 POM/Cu复合材料的制备与性能
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 POM/Cu复合材料的制备
• 3.2.3 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Cu在POM基体中的分散状态
• 3.3.2 POM/Cu复合材料的非等温结晶行为
• 3.3.3 POM/Cu复合材料的导热性能
• 3.3.4 POM/Cu复合材料的热传导理论模型
• 3.3.5 POM/Cu复合材料的摩擦磨损性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 POM/Cu/PTFE复合材料的制备与性能
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 POM/Cu/PTFE复合材料的制备
• 4.2.3 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 POM/Cu/PTFE复合材料的断面形貌
• 4.3.2 复合材料的导热性能
• 4.3.3 复合材料的导热模型
• 4.3.4 复合材料的摩擦磨损性能
• 4.4 本章小结
• 第5章 线型低密度聚乙烯接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯的制备及其对POM/LLDPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 5.1 概述
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 LLDPE-g-PFAMAE的制备
• 5.2.3 复合材料的制备
• 5.2.4 测试与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 LLDPE-g-PFAMAE的制备
• 5.3.2 复合材料的断面形貌
• 5.3.3 复合材料的摩擦磨损性能
• 5.3.4 复合材料的磨损表面形貌
• 5.3.5 复合材料的转移膜形貌
• 5.4 本章小结
• 第6章 高密度聚乙烯接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯的制备及其对POM/HDPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 6.1 概述
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验原料
• 6.2.2 HDPE-g-PFAMAE的制备
• 6.2.3 复合材料的制备
• 6.2.4 测试与表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 HDPE-g-PFAMAE的制备
• 6.3.2 复合材料的摩擦磨损性能
• 6.3.3 复合材料的磨损表面形貌
• 6.3.4 复合材料的转移膜形貌
• 6.4 本章小结
• 第7章 POM/Cu/HDPE-g-PFAMAE复合材料的制备与性能
• 7.1 概述
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 实验原料
• 7.2.2 复合材料的制备
• 7.2.3 测试与表征
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 复合材料的断面形貌分析
• 7.3.2 复合材料的导热性能
• 7.3.3 复合材料的导热模型
• 7.3.4 复合材料的摩擦磨损性能
• 7.3.5 复合材料的磨损表面形貌
• 7.3.6 复合材料的转移膜形貌
• 7.3.7 复合材料的力学性能
• 7.4 本章小结
• 第8章 全文总结与课题延伸
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表论文及专利