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表面非光滑三维自组装膜的制备及其摩擦磨损性能研究

王磊

   摩擦磨损是机械零件失效的主要形式之一。由摩擦引起的磨损、润滑、材料与能源消耗等一系列摩擦学问题普遍存在并对社会、经济的发展产生了巨大影响。一般来说,降低材料的摩擦磨损的主要途径有(1)合理的选择材料与研制耐磨材料;(2)润滑;(3)表面处理;(4)改进结构设计,提高加工和装配精度。本文以提高材料本身性能、构造材料表面仿生微结构为出发点,制备了PET/高岭土纳米复合材料,并对其复合微球进行了三维自组装,最终得到IPN聚合物/PET/高岭土仿生复合薄膜,并对其摩擦磨损性能进行了评价。通过正交试验法研究了复合微球平均粒径、微量振荡器的振荡频率、砝码质量与复合微球质量分数对薄膜表面粗糙度、摩擦系数的影响,利用TR200表面粗糙度仪对薄膜表面粗糙度进行了表征,主要得出了以下结论: (1)利用DMSO对高岭土进行一次插层,制备预插层体,然后通过熔融插层法以PET取代DMSO,可得到插层型PET/高岭土纳米复合材料。热失重分析表明材料的热稳定性有所提高,高岭土填充PET后新材料的摩擦系数有所降低。 (2)以聚乙烯醇(PVA)为网络剂,利用高分子网络凝胶法制备了PET/高岭土复合微球。激光粒度检测表明:在一定范围内,复合微球平均粒径、单分散性随PVA浓度的增大而变小,粒径越小,单分散性也越好。 (3)通过实验研究PET/高岭土复合微球平均粒径、砝码质量、振荡频率以及微球质量分数对薄膜摩擦系数、表面粗糙度Ra值的影响:当PET/高岭土复合微球平均粒径为1.15μm、振荡频率为2KHZ、砝码质量为80g、微球质量分数为18%时自组装膜的摩擦系数、Ra均取得最小值。摩擦系数随载荷的增大而增大,耐磨次数随载荷的增加而减少。表面粗糙度Ra与摩擦系数呈非线性对应关系。 (4)利用TR200表面粗糙度仪对自组装薄膜表面粗糙度进行了测量,分析表明,薄膜表面具有比较均匀的凸包/凹坑微结构分布,并具有分形特性,分形维数D在1.66-1.77之间。 (5)由三维自组装技术制备的薄膜在低载荷下具有良好的减摩耐磨性,有望用于低载荷和高滑动速度下工作元件的减摩抗磨防护膜。……   
[关键词]:摩擦磨损;非光滑表面;三维自组装;薄膜;正交试验
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年