新型聚苯硫醚复合涂层的制备与性能研究

摘要

聚苯硫醚（PPS）是一种性能优异的特种工程塑料，具有优良的耐热性、耐腐蚀性、电性能、阻燃性，与金属粘结力强以及良好的自润滑效应和一定的承载能力。但由于高分子材料的不断发展对材料提出的更高性能要求以及 PPS本身存在的韧性较差，冲击强度低等缺陷，使得 PPS的广泛应用受到限制。 本实验首次采用两种高性能的特种工程塑料聚醚砜（PES）和聚苯酯（Ekonol），以及固体润滑剂石墨（G）和二硫化钼（MoS2）对PPS进行改性，开展PPS多元复合涂层的研究。试验通过液相混合法制备涂料，用浸涂法制备了G/MoS2/Ekonol/PES/PPS多元复合涂层，阐述了涂层制备的工艺流程，用XRD分析了涂层中填料的成分及涂层的结晶度，考察了填料、固化时间、固化温度以及涂层厚度等因素对涂层结合强度的影响，测试了PPS复合涂层在干摩擦、水润滑和油润滑三种状态下以及在不同载荷和不同转速条件下同45＃钢对摩时的摩擦磨损性能，并探讨分析涂层的磨损机理。得出了如下的主要结论：
　　（1）用悬浮液浸涂法制备了 G/MoS2/Ekonol/PES/PPS多元复合涂层。复合涂层XRD分析表明，PPS和PES的添加，能够降低复合涂层的结晶度，而Ekonol的加入增大了复合涂层的结晶度。
　　（2） PPS、PES和 Ekonol对涂层的结合强度有很大的影响。采用配方Ekonol:PES:PPS：G/MoS2:助剂=25:20:45:8:2制备的复合涂层能够得到较大的结合强度。PPS复合涂层的结合强度比纯PPS涂层的要低，其结合强度呈现先增大后减少的趋势，但6＃（Ekonol:PES:PPS:G/MoS2:助剂=35:30:25:8:2）和7＃（Ekonol:PES:PPS:G/MoS2:助剂=40:35:15:8:2）PPS复合涂层附着力很差，不能形成有效涂层。
　　（3）固化时间、固化温度和涂层厚度对涂层与基体的结合强度有着显著的影响。PPS复合涂层的固化温度控制在330℃~350℃,固化时间控制在15~25 min范围内，涂层的厚度控制在100~200 um范围内，能够可获得比较理想的复合涂层。
　　（4）在不同的摩擦条件下，不同配方涂层的摩擦系数以及复合涂层的磨损机理有很大的差别。在干摩擦、水润滑和油润滑条件下，摩擦系数最好的是在油润滑条件下，其次是在水润滑条件。在干摩擦条件下，PPS复合涂层随着Ekonol和PES含量的增加，复合涂层的磨损发生了由磨粒磨损、粘着磨损向疲劳磨损的转变，而当Ekonol含量大于20％，PES含量大于15%时，复合涂层的磨损又发生了向犁耕、磨粒磨损的转变；在水润滑条件下，复合涂层的磨损机理先以粘着磨损为主，当 Ekonol含量大于30%，PES含量大于25%时，PPS复合涂层转变为以疲劳磨损和粘着磨损为主的磨损机理；在油润滑条件下，复合涂层的磨损发生了先发生了由犁耕、磨粒磨损向粘着磨损的转变，当Ekonol含量大于25%，PES含量大于20%时，复合涂层表现为疲劳磨损和粘着磨损特性。
　　（5）在不同的载荷条件下，经过改性后的PPS复合涂层的摩擦系数比纯PPS涂层要低，降低了约63%，摩擦性能得到了显著提高。当载荷从20N增加到50N时，摩擦系数随载荷的增加而减少，在50N~200N之间时，摩擦系数随着载荷的增加缓慢减少，最后基本保持不变。同时，随着载荷的增大，3＃（Ekonol:PES:PPS:G/MoS2:助剂=20:15:55:8:2）PPS复合涂层的磨损机理发生了由疲劳磨损和粘着磨损向粘着磨损和磨粒磨损特性的转变。
　　（6）在不同的转速条件下，经过改性后的PPS复合涂层的摩擦系数比纯PPS涂层的低，摩擦性能得到了改善，而2＃（Ekonol:PES:PPS:G/MoS2:助剂=15:10:65:8:2）和4＃（Ekonol:PES:PPS:G/MoS2:助剂=25:20:45:8:2）聚苯硫醚复合涂层的摩擦磨损性能最好。同时，随着转速的提高，3＃ PPS复合涂层的磨损机理发生了由疲劳磨损向粘着磨损和疲劳磨损再向磨粒磨损和粘着磨损特性的转变。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 聚苯硫醚树脂简介

1.3 聚苯硫醚复合涂层的性能研究现状

1.4本研究中所用的其他材料简介

1.5 研究内容及创新点

第二章 试验材料、试验设备及研究方法

2.1 试验用主要原材料

2.2 试验设备

2.3 聚苯硫醚复合涂层的研究方法

第三章 聚苯硫醚复合涂料及复合涂层的制备

3.1 聚苯硫醚复合涂料配方

3.2 涂料配制及涂层制备

3.3 涂层的表面形貌

3.4 本章小结

第四章 聚苯硫醚复合涂层结合强度的研究

4.1 引言

4.2 PPS涂层X-ray衍射分析

4.3 复合涂层力学性能

4.4 涂料组成对结合强度的影响

4.5 固化条件对涂层结合强度的影响

4.6 涂层厚度对涂层结合强度的影响

4.7 本章小结

第五章 聚苯硫醚复合涂层的摩擦学性能的研究

5.1 引言

5.2 不同润滑条件对聚苯硫醚复合涂层的摩擦磨损性能的影响

5.3 载荷对聚苯硫醚复合涂层的摩擦磨损性能的影响

5.4 转速对聚苯硫醚复合涂层的摩擦磨损性能的影响

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢