聚合物—聚合物配副的摩擦学性能研究

论文摘要

聚合物—聚合物配副的使用越来越多地取代金属—聚合物已引起业界的广泛关注，而对聚合物—聚合物配副体系的摩擦磨损行为的研究滞后又严重影响了“以塑代钢”这一材料领域革命的进程。本论文以摩擦学系统常用的热塑性聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚酰胺66、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺，和热固性环氧树脂、酚醛树脂为研究对象，分为热塑性—热塑性、热塑性—热固性和热固性—热固性聚合物配副三种，采用栓—盘式和可控温往复式试验机，系统考察了聚合物—聚合物配副的摩擦磨损性能，结合扫描电镜、红外光谱、差示扫描量热分析以及动态力学分析等手段对摩擦表面与磨屑的形貌、结构进行了分析和表征结果，关联了聚合物摩擦性能与内聚能密度、硬度、力学状态之间的关系，探讨了聚合物—聚合物配副的摩擦磨损机理，得到了大量规律性结果。这些结果对于深化聚合物摩擦学理论和指导相关材料的应用具有重要的学术意义和实用价值。论文得到的主要创新性研究结果如下：1．热塑性—热塑性聚合物配副的摩擦磨损性能与内聚能密度密切相关。对同种聚合物配副，内聚能密度越大的摩擦系数越高，磨损越低；对异种聚合物配副，内聚能密度差值越大，体系摩擦系数越低，内聚能密度低的磨损更大。2．热塑性—热固性聚合物配副的摩擦磨损性能与内聚能密度没有明显对应关系，但受聚合物硬度的影响，表现为随着聚合物间硬度差值的增大，体系的摩擦系数降低，与更高硬度材料配副的聚合物的磨损较大。3．热塑性—热塑性聚合物摩擦性能与其力学状态紧密关联。当摩擦表面处于玻璃态时，摩擦系数和磨损较低；处于高弹态下，摩擦系数和磨损增大；达到粘流态时，摩擦系数降低但磨损急剧增大。当配副的两种聚合物力学状态不同时，体系的摩擦磨损性能基本由耐热性较差的一方决定。4．分子链柔顺性对聚合物—聚合物配副的摩擦性能有重要影响。分子链柔顺性越高，同种聚合物配副的摩擦系数对试验条件的依赖性越小；异种聚合物间的摩擦系数对试验条件的依赖性由分子链柔顺性较高的聚合物决定。这是由于柔顺的分子链更易沿摩擦剪切力方向排列。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金属—聚合物配副的摩擦学研究现状
• 1.1.1 摩擦机理研究
• 1.1.2 磨损机理研究
• 1.1.2.1 粘着（转移）磨损
• 1.1.2.2 磨粒磨损
• 1.1.2.3 疲劳磨损
• 1.1.2.4 化学磨损
• 1.2 聚合物—聚合物配副的摩擦学研究现状
• 1.2.1 摩擦磨损机理研究
• 1.2.2 影响摩擦磨损性能的因素
• 1.2.2.1 内部因素
• 1.2.2.2 外部因素
• 1.2.3 工程应用现状
• 1.3 选题依据及研究思路
• 参考文献
• 第二章 聚合物—聚合物配副摩擦学行为的试验条件依赖性
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 摩擦学性能测试
• 2.2.4 分析表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 滑动距离的影响
• 2.3.2 速度与载荷的影响
• 2.3.2.1 热塑性—热塑性聚合物配副
• 2.3.2.2 热固性—热固性聚合物配副
• 2.3.2.3 热固性—热塑性聚合物配副
• 2.3.3 速度与载荷对摩擦磨损机理的影响
• 2.3.3.1 磨损表面形貌观察
• 2.3.3.2 磨损表面FT-IR分析
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 聚合物—聚合物配副的摩擦学行为
• 第一节 热塑性—热塑性聚合物配副的摩擦磨损性能
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验部分
• 3.1.2.1 原料和样品制备
• 3.1.2.2 摩擦学性能测试
• 3.1.2.3 分析表征
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.3.1 摩擦磨损性能
• 3.1.3.2 内聚能密度与摩擦磨损性能关系
• 3.1.3.3 磨损表面分析
• 3.1.3.4 磨屑分析
• 3.1.4 小结
• 第二节 热塑性—热固性聚合物配副的摩擦磨损性能
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 实验部分
• 3.2.2.1 原料和样品制备
• 3.2.2.2 摩擦学性能测试
• 3.2.2.3 分析表征
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 摩擦磨损性能
• 3.2.3.2 内聚能密度与摩擦磨损性能的关系
• 3.2.3.3 硬度与摩擦磨损性能的关系
• 3.2.3.4 磨损表面与磨屑形貌观察
• 3.2.4 小结
• 第三节 热固性—热固性聚合物配副的摩擦磨损性能
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 实验部分
• 3.3.2.1 原料与样品制备
• 3.3.2.2 摩擦学性能测试
• 3.3.2.3 分析表征
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.3.1 摩擦磨损性能
• 3.3.3.2 SEM分析
• 3.3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 力学状态对聚合物—聚合物配副摩擦学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料和样品制备
• 4.2.2 摩擦学性能测试
• 4.2.3 分析表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 热力学分析
• 4.3.2 力学状态对聚合物—聚合物配副摩擦学性能的影响
• 4.3.2.1 摩擦磨损性能
• 4.3.2.2 磨损表面形貌观察
• 4.3.2.3 讨论
• 4.3.3 力学状态对异种热塑性聚合物配副摩擦学性能的影响
• 4.3.3.1 摩擦磨损性能
• 4.3.3.2 磨损表面形貌观察
• 4.3.3.3 讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 结束语
• 1. 聚合物—聚合物配副摩擦学行为的试验条件依赖性
• 2. 聚合物—聚合物配副的摩擦学行为
• 3. 力学状态对聚合物—聚合物配副摩擦学性能的影响
• 作者简介
• 论文发表
• 博士论文期间参与的研究工作
• 致谢