高耐磨自润滑聚甲醛改性研究

四川I 大学硕士学位论文滑动速度下的情况相似，随共混物中L L D P E 含量的增加，摩擦系数和磨痕宽度减小，当L L D P E 含量大于l O 份时，P O M 共混物的摩擦系数和磨痕宽度 都有上升的趋势。表明当共混物中L L D P E 的含量为1 0 份时， P O M ，L L D P 阴A A 体系的摩擦磨损性能最佳。F i g u r e4 1 8V a r i a t i o no f e o e 历c i e n to f f r i c t i o no f s p e c i m e n sw i t ht i m e( L o a d ：l O g g )图4 1 8 为在高滑动速度条件下试样摩擦系数随时间变化曲线。从图中可以看出，在高滑动速度条件下，P O M 的摩擦系数随摩擦时间变化较大，其摩擦系数由开始的O 3 6 增加到第3 0r a i n 时的O 4 反而P O M L L D P E E A A 体系的摩擦系数则基本保持不变，表明P O M 比P O M L L D P E 共混物对速度更为敏感。在整个实验范围内，P O M L L D P E E A A 共混物的摩擦系数明显低于P O M ，表明在高滑动速度下，加入适量L L D P E 的P O M L L D P E E A A 复合材料比P O M 具有更优良的抗摩耐磨性能。4 5P o M L L D P E E A A 共混物体系的力学性能研究如图4 1 9 所示为P O M L L D P E ，E A A 共混物的各项力学性能。从图中可以看出改性剂L L D P E 的加入使共混物的冲击强度，拉伸应力，断裂伸长率和杨氏模量均有不同程度的下降，且随着共混物组份中L L D P E 含量的增加，共混物的力学性能下降越明显。所以为保证P O M 的优良力学性能在P O M 中加入L L D P E 组份的量应控制在较低的范围内，综合前面对P O M L L D P E E A A 共混物的摩擦磨损性能研究，可以得出：在P O M 中加入1 0 份的L L D P E 时，可以3 7四川大学硕士学位论文在具有优异的摩擦磨损性能的同时，尽可能地保证P O M 本身优良的力学性能。F i g u r e4 - 1 9M e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fP O M L L D P Eb l e n d s表4 2 列出了几种不同试样的力学性能。从表中可知，在P O M 加入L L D P E 后共混物冲击性能下降较为明显，当加入1 0 份L L D P E 时，从8 7 5 K J m z 下降为4 1 8K J m 2 。而E A A 的加入能提高P O M L L D P E ( 9 0 1 0 )共混物的缺口冲击强度，在P O M L L D P E 共混物添加4 份E A A ，缺口冲击强度从4 1 8K J m 2 上升为6 7 0K J m z 。表明E A A 对P O M L L D P E 体系具有一定的增容效果。i生一喜l苫皇葛co卜一辞一c上o-j葛c暑mo#旦u四川大学硕士学位论文T a b l e4 - 2M e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f v a r i o u ss p e c i m e n sM e c h a n i c a lp r o p e r t i e sS p e c i m e n sI m p a c ts t r e n g t hT e n s i l es n n g t hE l o n g a t i o n 砒Y o u n g s( K J m 2 )( M P a )b r e a k ( )m o d u l u s ( M P a ) P O M8 7 55 8 04 1 _ 3 32 3 9 6P O M ，E A A8 1 55 665 1 3 52 1 0 60 0 0 4 ) P O M ，L L D P E4 8 45 0 64 0 9 81 7 9 5( 9 5 5 )P O M ，L L D P E41 84 8 53 7 2 71 6 7 7( 9 0 1 0 ) P O M 肌D P E E A A6 7 04 6 74 0 5 41 7 1 4( 9 0 1 0 4 )P O M ，L L D P E ，E A A5 9 64 2 83 5 2 81 6 8 0( 9 0 1 0 8 )P O M 仃I ，D P E ，E A A5 7 03 5 43 3 7 01 5 1 6( 8 0 2 0 4 )将冲击样条在液氮里冷却后淬断，用电镜观察淬断面形貌( 如图4 - 2 0 ) 。从图中可以看出，P O M E A A 共混体系的相容性较好，具体表现为分散相颗粒较小，分布均匀，两相间界面间隙较小，界面粘结性较好，从力学性能上看也较为理想。但E A A 对P O M L L D P E 共混物体系的增容作用有限，比较图4 - 2 0 D 、E 、F 可发现，E A A 加入后，分散相颗粒尺寸变化不大，两相间界面间隙仍较大，这也使冲击性能虽有所改善，但其他力学强度不高。AB四川I 大学硕士学位论文F i g u r e4 - 2 0M o r p h o l o g yo f f r a c t u r e ds u r f a c eo f P O Ma n dP O Mb l e n d sA ：P O M ；B ：W ( P O M E A A 户1 0 0 4 ；C ：w ( P O M L L D P E ) = 9 5 5 ，E A A = 4 D w ( P O M L L D P E ) - 。) O 1 0 ，w ( E A A ) = O ；E ：w ( P O M L L D P E ) = 9 0 1 0 ，w ( E A A ) = 4 F ：w ( P O M L L D P E ) - - 9 0 1 0 ，W ( E A A ) = 8 ；G ：w ( P O M L L D P E ) 2 8 0 2 0 ，w ( E A A ) = 4 四川大学硕士学位论文第五章高耐磨自润滑改性P O M 摩擦磨损机理研究在与光滑的对磨面摩擦时，聚甲醛主要表现为两种磨损机理：即在摩擦一开始即出现的粘着磨损及在磨损一段时间后才发生的疲劳磨损。在与磨粒或表面粗糙的对磨面对磨时，聚甲醛的磨损则以磨粒磨损和疲劳磨损为主。在适合的滑动速度下，聚甲醛的磨损行为有一个最佳的对磨面表面粗糙度范围，对于比较光滑的对磨面，因难以在摩擦界面处形成一层转移膜而使其磨损加剧。摩擦界面磨屑的粘结力越差，越容易从摩擦面上脱落，减摩耐磨作用效果越差。在高的滑动速度下，如摩擦表面温度接近或超过聚甲醛的维卡软化温度时，界面处聚合物的熔融和去除导致磨损加剧，磨损量也会迅速增加1 6 8 。由于高分子材料具有粘弹性，因此其磨损具有“时间依赖性”和“温度依赖性”。摩擦表面温度的形成和变化，常常是和磨损现象的发展和转化密切联系在一起的，特别是粘着磨损。摩擦温度是反映磨损现象一个十分敏感的效应，利用两者的关系，可通过测量温度的变化来监控磨损过程的发展。另一方面，摩擦温度的形成必然会影响材料表面层的组织结构以及性能。如果摩擦温度达到相转变点以上，则会引起材料表面层组织的相变过程，即使温度不太高，低于相变点温度的情况下，也会引起回火软化，恢复再结晶等过程，使材料的性能发生变化。由于摩擦温度的作用，也必然会显著地影响磨损机制的变化“ 】。5 1 钢环对偶面的分析A4 4心川人学硕士学位论文F i g u r e5 - 1S E Mo f t h es t e e lc o u n t e r p a r ts u r f a c eA - o r i g i n a ls u r f a c eo f s t e e le o u n t e r p a r tB - s l i d i n gO nP O M ( 1 2 0 m i n )C - s l i d i n go nP O M L L D P E E A A ( 9 0 1 0 1 4 ) b l e n d ( 1 2 0 m i n )图5 1 所示为对偶钢环表面的S E M 照片。图5 - 1 A 为钢环表面的原始形貌图，在表面上有些细微刮痕。图5 1 B 是与P O M 对磨的钢环表面，在该钢环表面上有一层棕色的转移膜产生。根据机理分析，在钢环与P O M 对磨时，在磨损的初期是以磨粒磨损和粘着磨损为主。摩擦初期，钢环表面的微凸体和刮痕对塑料表面产生刮伤及切削作用而把材料撅裂下来，在钢环的摩擦挤压和高温作用下粘附于钢环表面形成一层凹凸不平的转移膜，由于严重的氧化作用，转移膜已变为棕色而牢牢地粘附在环的表面。在与P O M L L D P E E A A 共混物对磨时，在钢环的表面并无明显转移膜形成，代之以一些细小的粉末分布在环的表面( 图5 1 C ) ，说明这些磨屑对环的粘附作用较弱，因而被排出摩擦面而环绕钢环形成一磨屑带。对这些磨屑的仔细观察发现，它们形态大小不一，这是由于在钢环与P O M L L D P E E A A四川大学硕士学位论文共混物对磨时所产生的细小磨屑在钢环的滚动剪切作用下所形成的。存在于摩擦面不同形态磨屑有效的隔离了两摩擦面的接触，起到了减摩耐磨剂的作用。5 2 聚甲醛及其共混物试样磨损表面分析5 2 1S E M 分析F i g u r e5 - 2S E Mo f t h ew o r ns u r f a c eo f P O MA ：S p e e d ：2 0 0 r p m ，L o a d ：3 0 K g ，T i m e ：3 0 m i nB ：S p e e d ：2 0 0 r p m L o a d ：3 0 K g T i m e ：6 0 m i nC ：S p e e d ：2 0 0 r p m ，L o a d ：3 0 K g ，T i m e ：1 2 0 r a i nD ：S p e e d ：4 0 0 r p m ，L o a d ：1 0 K g ，T i m e ：3 0 m i n图5 - 2 A C 显示了低速下( 2 0 0 r p m ) 随摩擦时间增长P O M 试样磨损表面S E M 照片，从中可以看出在该摩擦条件下，P O M 摩擦磨损表面首先在沿着四川大学硕士学位论义摩擦滑动方向上出现许多平行的磨痕，在磨痕的边沿有一定的塑性变形，摩擦磨损表面有少量的碎屑存在。同时在摩擦磨损试验过程中，在钢环对偶面上可见转移膜。说明在该条件下，P O M 的磨损是以磨粒磨损和粘着磨损机理为主。粘着磨损为摩擦表面相对运动时，由于粘着作用使两表面的材料由软表面转移到硬表面而引起的机械磨损。在摩擦过程中，钢环表面的微凸体及摩擦面间的微小微粒对P O M 表面产生刮伤及切削作用而把材料撕裂下来，继而在极短的时间内发生犁切裂纹。随摩擦时间的增加，摩擦系数大，摩擦力增加，所做摩擦功增大，产生的摩擦热增多，摩擦表面温度升高，犁切裂纹和磨屑发生不规则的融合，并因此而引起太面积的表面脱落，促使磨屑在钢环表面粘附得也越来越牢，这样在钢环上形成一层厚而不连续的转移膜。随着磨损时间增加，P O M 磨损表面和钢环的温度升高很快，容易发生因磨损表面熔融而加速磨损( 如图5 - 2 C ) ，并因此而引起大面积的表面脱落，使P O M磨损最终出现典型的粘着磨损现象。图5 2 D 为高速下( 4 0 0 r p m ) P O M 试样磨损表面S