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PEEK具有优异的耐磨耗性及特有的自润滑性

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发表于 2018-11-27 15:39:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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PEEK具有优异的耐磨耗性及特有的自润滑性,对PEEK进行纤维增强、有机材料共混或无机填料填充等改性,可降低其摩擦系数,提高耐磨性,改善摩擦学性能,适用于精度高、润滑不够、腐蚀等严酷环境的摩擦材料,如:齿轮、轴承、垫片、活塞环、密封件、离合器齿环等各种零部件。
纤维增强PEEK CF对PEEK不仅具有增强作用,对其摩擦学性能亦有重要影响。J.Hanchi等研究了20~225e下30%短CF增强PEEK复合材料的干摩擦与磨损性能,在低于Tg时,复合材料的刚度显著提高,磨损率降低,摩擦系数比纯PEEK高;当温度超过Tg时,热软化使得PEEK与复合材料的耐磨性能衰退,但复合材料的耐磨性能衰退比PEEK少得多。由于CF增强效应抵消了PEEK的热软化及形成了强度非常高的转移膜有效保护接触区域,PEEK/CF的摩擦系数与比磨损率明显比纯PEEK低。低温摩擦学系统要求材料本身具有良好的自润滑干摩擦性能,G.Theiler等则研究了 PEEK/CF在-196e液氮环境下的摩擦与磨损性能,低温环境下材料的摩擦磨损性能比室温差,CF含量对PEEK/CF摩擦磨损性能的影响不像室温条件下那么明显,摩擦系数和磨损率比较理想的CF含量分别是5%和15%。
D.M.Elliott等考察了PEEK/CF复合材料的摩擦学性能与对偶表面粗糙度及试验条件的相关性,在抛光和磨削的不锈钢对偶表面滑动时,发现对偶表面粗糙度对PEEK/CF磨损率的影响不如对纯PEEK明显,摩擦过程中CF变成石墨进入转移膜使得摩擦系数和磨损率均低于纯PEEK。在相同的实验条件下,PEEK/CF复合材料的摩擦磨损性能明显优于PEEK/GF复合材料,CF对材料耐磨性能的改善程度是加入相同含量GF时的5倍以上。 PEEK/CF复合材料制作的轴承零件可以避免金属或陶瓷材料轴承部件由于表面裂纹而出现的轴承早期失效,其优良的摩擦学性能甚至超过目前使用的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。
A.Wang等进行了滚珠-轴瓦磨损模拟试验,当滚珠材料为氧化铝陶瓷时,纯PEEK轴瓦的磨损率大于UHMWPE,随着CF加入量的增加,PEEK/CF轴瓦的磨损率很快降低,当CF加入量为20%时,磨损率比UHMWPE降低一个数量级,当CF的加入量为30%时,磨损率比UHM-WPE降低约2个数量级。当滚珠材料为氧化锆陶瓷时,PEEK/CF轴瓦的磨损率也比UHMWPE大幅度降低。 近年来有机齿轮越来越广泛地应用于一些高温、潮湿、腐蚀等严酷环境。M.Kurokawa等[17]研究了PEEK/CF复合材料齿轮的承载能力和摩擦学性能,PEEK/CF齿轮的承载能力和PEEK与CF之间结合情况、使用条件和润滑状态有密切关系,相同齿轮配对及使用锂润滑脂润滑齿面时,随着CF含量增加,齿面的磨损率降低,对使用条件的依赖性降低,承载能力提高,使用寿命延长。高温运转环境下,其承载能力和使用性能优于聚酰胺亚胺(PAI)/30%CF和PPS/30%GF复合材料齿轮。采用氩等离子体处理PEEK/CF,可使得复合材料中的CF与基体的界面结合强度明显增强,材料的力学性能提高,摩擦系数和磨损率均显著降低[18]。 在滑动摩擦过程中,PEEK/CF复合材料剥层磨损形成的卷状磨屑是转移膜形成的主要原因,迎着滑动方向的聚合 物首先被磨去,使得CF露头,露出的CF完整地被折断,形成侧面被磨的CF磨屑,CF被磨碎后变为具有优良润滑作用的层状石墨微粒,进入转移膜并反复碾压使得转移膜更连续,有利于提高转移膜的强度、硬度、断裂韧性、光滑程度及寿命,降低复合材料的摩擦系数和磨损率。
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