聚酰胺共混物凝聚态结构与摩擦学性能关系的研究

摘要

聚合物共混物由于组成的多样性及组分问的相互作用等，具有比单一聚合物更复杂的凝聚态结构，如相结构、各组分晶型及结晶度等，这些因素均影响聚合物共混体系的摩擦磨损性能，从而影响其在摩擦学领域的应用。然而迄今为止，关于聚合物共混物的凝聚态结构与摩擦学特性关系的研究还未深入展开。 本论文选择聚酰胺(PA46)和高密度聚乙烯(HDPE)为基体，通过改变增容剂HDPE-g-MAH的含量和两组分体积比制备出具有不同相结构和组分结晶状态的PA46／HDPE共混物。采用M-200型磨损试验机考察了共混物的摩擦学性能；应用扫描电子显微镜(SEM)观察了磨屑、甲酸刻蚀后的转移膜及磨损表面形貌并辅以能量色散谱(EDS)对刻蚀前后的转移膜进行表面元素分析；利用红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和差示扫描热分析(DSC)等手段对共混物的相结构、组分的结晶度和晶型等进行分析表征。最后关联PA46、PA46／HDPE共混物的凝聚态结构与摩擦学性能的关系，探讨了相结构和PA46晶型对共混物摩擦学性能影响的作用机制，得到了以下具有一定创新意义的研究结果： 1.不同组份比例的PA46／HDPE的磨损不同，随着PA46含量的从20v01．％增大到80v01．％，材料的磨损呈现从接近HDPE磨损体积先升高，又降低的复杂变化趋势。PA46／HDPE的摩擦系数和组份比例无直接依赖关系，共混物的摩擦系数基本相同，其值相似于纯HDPE的0．20。 2．随着组份比例的不同，共混物中PA46的结晶度和晶型发生显著变化而导致材料具有不同的磨损性能。PA46为α和β晶型时，强的分子问氢键作用抑制了本体大尺寸磨屑的形成和剥落，降低了材料的磨损；PA46为γ晶型时，弱的分子间氢键作用使大尺寸磨屑易于形成而导致较大的磨损。 3．PA46形成了两类尺寸明显不同的磨屑，即长为2～3mm，宽为200～300~m的带状磨屑和直径约50p．m，长为几十～几百μm的棒状磨屑。带状磨屑是PA46在摩擦剪切力的作用下由摩擦表面直接剥落而产生的；大尺寸磨屑和转移膜在摩擦剪切力和摩擦热作用下形成了尺寸较小的棒状磨屑。 4．PA46在对偶钢环表面形成了平行于摩擦方向的丝带状、不连续转移膜，同时在磨损表面存在平行于摩擦方向的丝带状物质，认为是从钢环上转移至磨损表面上的转移物。 5．与本体相比，PA46的磨屑和转移膜的结晶区比例下降，这是在摩擦力和摩擦热的作用下，PA46的熔融再结晶不完善所导致的。 6．增容剂HDPE-g-MAH可以有效改善PA46与HDPE的相容性和力学性能。当增容剂含量小于5％时，随着体系相容性的提高，PA46／HDPE的磨损降低，但过量增容剂造成的增塑效应使材料的磨损增大。材料的摩擦系数不随HDPE-g-MAH含量的改变而产生变化。 7．增容剂增强了共混物组份间的结合力，导致PA46对HDPE的拖曳作用增大，这种效果有效抑制了共混物本体在摩擦剪切作用下造成大量剥落的情况，降低了材料的磨损。 8．摩擦过程中，PA46／HDPE向对偶发生了整体转移，使转移膜具有与本体相似的相结构。与HDPE相比，PA46形成的转移膜与钢环有更好的粘附力。 由于转移膜中PA46和HDPE间越好的相容性所致的两相间更强的物理结合作用增大转移膜与钢环上的附着力，降低了材料的磨损。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章PA46磨屑及转移膜的形成机理研究

第三章PA46/HDPE共混物的相结构与摩擦学性能关系的研究

第四章PA46晶型对PA46/HDPE共混物摩擦学性能的影响

第五章结论

作者简历

论文发表及硕士论文工作期间承担的科研项目

致谢

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