CF/PTFE混编织物自润滑复合材料性能研究

摘要

纤维增强聚合物基复合材料具有摩擦因数低、制备工艺灵活等优点，其强度也可以与一般金属材料相媲美。基于复合材料的优异系能，将其应用于重载滑动螺旋副，不仅克服了滚动螺旋副承载能力低、成本高、工艺流程复杂等诸多缺点，同时大大降低了滑动螺旋副的摩擦因数，有效地提高了其传动效率。
　　本文以碳纤维混编聚四氟乙烯（CF/PTFE）复合材料的制备和研究为基础，通过对CF/PTFE混编复合材料的摩擦磨损性能及相关机械性能进行测试及研究，获得一种综合性能较好、减摩耐磨性优异的混编织物增强复合材料，并制备以上述材料为衬层的传动螺母，测试其传动性能。主要研究内容及结果如下：
　　本研究中CF/PTFE混编平纹布中PTFE长纤维混编方式根据PTFE和碳纤维线密度进行测算，按一定比例从碳纤维平纹布经纬两个方向进行混编。复合材料树脂基体选用环氧树脂；自润滑成分有石墨、二硫化钼、滑石粉、短切碳纤维；固化剂采用4-4’二氨基二苯甲烷；其他添加剂包括稀释剂和增塑剂。采取手糊层压法并通过一定的高温固化体系制备复合材料。
　　对混编复合材料摩擦性能进行了相关研究：首先研究了0％-20%PTFE质量分数混编复合材料稀油润滑下的摩擦性能。结果表明，随着PTFE质量分数的增加，混编复合材料摩擦因数逐渐下降。为揭示PTFE含量对复合材料摩擦性能影响机理，对碳纤维复合材料及20%PTFE混遍材料进行进一步研究。研究表明，在载荷为2000N时，从SEM形貌图中看出，碳纤维复合材料主要表现为磨粒磨损，而20%PTFE混编复合材料磨损主要集中在偶件和树脂。研究了摩擦运动方向同纤维方向夹角度对摩擦因数的影响，结果表明，随着夹角的增大，不同PTFE质量分数的混编复合材料摩擦因数均有不同幅度上升。在干摩擦研究方面，主要研究了碳纤维复合材料及20%/PTFE混编复合材料的摩擦磨损性能。结果表明，碳纤维复合材料和20%PTFE混编复合材料摩擦因数最终分别稳定在0.22和0.18。20%PTFE混编复合材料偶件表面出现含有采大量F元素的“转移膜”，从而降低了材料的摩擦因数。
　　机械性能方面，混编复合材料的冲击强度和压缩强度随着PTFE质量分数的增加有所下降。同时研究了温度对复合材料压缩强度的影响发现，温度对环氧树脂固化体、添加自润滑成分树脂固化体压缩性能影响比较大，而碳纤维复合材料压缩强度随温度变化不明显。
　　综合以上研究发现，20%PTFE混编复合材料具有优异的摩擦性能及良好的承载能力，故采用20%PTFE混编平纹布和碳纤维平纹布分别制备了钢背衬层螺母，对比测试铜螺母及两种复合材料衬层螺母传动效率发现:
　　1跟青铜螺母相比，Q=1200N时，两种复合材料衬层螺母的摩擦力矩相比铜螺母分别下降了57.7%和63.7%；传动效率分别提高了46.64%和53.72%。
　　2两种复合材料衬层螺母相比，Q=900N时，碳纤维复合材料螺母当量摩擦因数μv=0.075，而混编材料螺母μv=0.065，下降了13%，传动效率提高了6.5%，表明CF/PTFE混编复合材料衬层螺母有更为优异的传动性能。

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题来源及主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 复合材料制备及测试方法

2.1实验材料及仪器

2.2机械性能测试

2.3摩擦性能测试

2.4物理性能表征

2.5 本章小结

第三章 CF/PTFE自润滑混编复合材料性能研究

3.1引言

3.2 复合材料摩擦性能研究

3.3 复合材料力学性能研究

3.4本章小结

第四章 复合材料衬层螺母制备及性能测试

4.1引言

4.2钢背螺母的预处理及脱模剂选取

4.3 复合材料衬层螺母制备及传动效率测试介绍

4.4测试结果

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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