固体自润滑织物衬垫复合材料的设计及摩擦性能研究

摘要

随着先进工业技术的发展，更多复杂、恶劣的工作环境对轴承的性能提出了更为严苛的要求，传统的采用滚珠和润滑油形式润滑的轴承已经不能适用于如高速、重载、高温、强化学腐蚀等特殊环境。自润滑轴承具有润滑性好、维修方便、结构紧凑、耐高温、耐腐蚀、安全可靠性强、寿命长等优点，从自润滑材料的摩擦机理出发，研制可以适用于民用飞机、汽车、大型机械等更多特殊工作环境的自润滑轴承，对推动自润滑织物衬垫复合材料的改良和应用具有重要意义。
　　本文以聚四氟乙烯（PTFE）纤维、芳纶1313（Nomex）纤维、PTFE/Nomex合股纱等为原料，采用机织形式织造出衬垫织物，经过表面处理、上胶处理、固化处理制备成衬垫复合材料。采用多功能摩擦磨损试验机测试其摩擦系数和磨损量，研究织物结构对复合材料的摩擦性能的影响。主要研究内容与所取成效如下：
　　1）在试验材料、材料配比以及试验条件相同的情况下，随着经纬纱密度在可织造范围内的提高，衬垫复合材料的摩擦系数和磨损量都会逐渐降低，表明在可织造范围内经纬纱密度越大，衬垫复合材料的自润滑性能越好，耐磨性能也会明显提高。
　　2）通过平纹和4枚破斜纹的摩擦磨损试验可知，PTFE的润滑性能很好，但是耐磨性能差，并不适合单独作为经纱使用，采用Nomex/PTFE合股纱为经纱，Nomex为纬纱时衬垫试样的摩擦系数由0.0983增加到0.1257，但磨损量却由0.096mm大幅度减少到0.04mm，表现出来极其优良的润滑、耐磨性能。
　　3）设计4枚破斜纹、平纹、1/3斜纹、2/2斜纹、8枚3飞缎纹、双层结接组织6种组织结构来研究织物组织结构对织物衬垫复合材料摩擦磨损性能的影响。通过测试发现1/3斜纹既具有最低的摩擦系数，达到0.1026，磨损量也低至0.024mm，综合摩擦性能最优异；8枚3飞缎纹组织的摩擦系数和磨损量分别为0.1311和0.052mm，摩擦性能最差。采用湿热试验研究衬垫试样的耐湿热环境能力，研究发现采用1/3斜纹组织的衬垫试样吸湿量最小，质量由1.0444g增加到1.0456g，吸湿速率也较快，表明具有较强的耐湿热气候性能。其中衬垫织物的组织结构对复合材料的摩擦性能的影响是研究重点。
　　4）设置纯PTFE材料与纯Nomex材料的空白对比试验，探讨PTFE润滑转移膜对复合材料的摩擦磨损性能的影响，研究表明：在Nomex材料区域形成了明显的月牙型磨痕，证明了PTFE材料在摩擦过程中确实会形成润滑转移膜，而且转移膜转移到Nomex材料上后会减轻其磨损程度。采用扫描电镜（SEM）分析摩损区域，研究复合材料的摩擦磨损机理。发现PTFE材料磨损区域并没有明显的纤维断头或因摩擦而被挤出的单根纤维，磨损区域呈现近于平面的状态，而在磨痕的两侧有明显被挤压出来的堆积物，这表明PTFE材料在受到摩擦剪切力是发生了蠕变与滑移。而且在Nomex材料磨损区域的Nomex纤维上也出现了层状的PTFE材料，进一步表明了PTFE转移膜牢固的黏附到了Nomex纤维的表面。对比Nomex材料的不同磨损区域发现，当Nomex纤维表面黏附PTFE转移膜时，其磨损情况明显减轻，表面较平整，也证明了PTFE转移膜的存在有利于减轻Nomex材料的磨损程度。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 自润滑织物衬垫复合材料研究进展

1.3 影响织物衬垫摩擦磨损性能的因素

1.4 摩擦磨损机理

1.5 表面处理

1.6 选题的来源、背景和意义

第二章 自润滑织物衬垫试样制备

2.1 试验仪器

2.2 试验样品

2.3 织物表面处理

2.4 树脂处理

2.5 试样固化

2.6 摩擦磨损测试试验

第三章 经纬纱密度对摩擦性能的影响

3.1 经纱密度对摩擦性能的影响

3.2 纬纱密度对摩擦性能的影响

3.3 本章小结

第四章 经纬纱系统对摩擦性能的影响

4.1 平纹组织的经纬纱系统对摩擦性能影响测试

4.2 4枚破斜纹组织的经纬纱系统对摩擦性能影响测试

4.3 Nomex/PTFE合股纱为经纱的衬垫性能分析

4.4 本章小结

第五章 织物组织结构对摩擦性能的影响

5.1 组织结构选取

5.2 不同组织结构衬垫试样的摩擦性能分析

5.3 摩擦系数与磨损量分析

5.4 不同组织结构织物衬垫耐湿热性分析

5.5 本章小结

第六章 摩擦机理与摩擦表面形貌分析

6.1 摩擦磨损机理分析

6.2 磨损区域的扫描电镜分析

6.3 本章小结

第七章 论文结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢