硅灰石填充双马来酰亚胺／铝滑动副磨损性能wollastonite

硅灰石填充双马来酰亚胺／铝滑动副磨损性能

    摘要：在盘销摩擦磨损试验机上研究了不同用量、粒径的硅灰石填充的双马来酰亚胺复合

材料与硬铝的滑动摩擦磨损性能．借助于扫描电镜分析，探讨了硅灰石调节双马来酰亚胺摩擦

学性能的作用机理．结果表明：随硅灰石的用量增加、粒径减小，双马来酰亚胺和铝环的耐磨性

提高，滑动摩擦系数减小；硅灰石提高滑动副的耐磨性是因为硅灰石促进了双马来酰亚胺在铝

环表面形成牢固的转移膜。

 引  言

    无机填料填充改性聚合物基复合材料的摩擦磨损性能，一直是复合材料摩擦学研究的热点，然而，研究较多的是热塑性聚合物，对热固性聚合物研究得较少．对填料影响聚合物摩擦磨损的机理也提出双马来酰亚胺树脂(简称BMI)是一种新型热固性树脂，它不仅具有优良的耐高温、耐潮湿性能，而且可以采用环氧树脂相似的成型工艺制造，具有价格低、弹性模量较高、硬度合适、粘结性能好等优点，它首先在航天航空工业得到应用，近年来作为耐高温工程塑料在民生工业的应用也不断扩大，因其耐热性优于酚醛树脂，可望成为一类用于有机摩擦材料的粘合剂．然而，试验发现：BMI干摩擦系数较高且与对偶材料发生较严重的粘着磨损，为此，选择了硅灰石粉作为摩擦调节剂．硅灰石是xx矿物填料，价格低、来源广泛，其颗粒晶体呈针状结构，兼有短纤维的增强作用，将其加入到一些聚合物中，不仅可以提高聚合物的耐磨性．而且可以改善它们的摩擦性能，但加入到BMI中的摩擦学性能如何还尚未见报道。

    本文通过硅灰石的用量和粒径变化对BMI与硬铝滑动摩擦磨损性能影响的研究，探讨了硅灰石调节BMI摩擦学特性的可行性和作用机理。

2  试验部分

2.1  试样制备

    材料：硅灰石粉，粒径为12—15μm,8—10μm和1—5μrn三种，分别简称为l#，2#和3#.主要成分是Si02和Ca02奠氏硬度为4.5，由哈尔滨理工大学材料学院提供；双马来酰亚胺HF - 9401(简祢BMI)，由哈尔滨工业大学化学系研制，洛氏硬度HRM为122。

    制样：将硅灰石粉用丙酮和酒精混合液清洗、烘干，制成硅灰石质量分数分别为30%，50%和70%

的粉料，然后压制成外径32 mm，内径22 mm，厚度7mm的环形BMI二元体系试样．将上、下两端面分别用800#(粒径约23.5 μm)水砂纸打磨，用乙醇反复冲洗，烘干制成摩擦试样。

22试验方法

    滑动摩擦试验在MPX - 200盘销摩擦磨损试验机上完成，采用环一环配副，对磨试环为硬铝合金LY12，其尺寸为外径34 mm，内径20 mm，厚度7 mm,两端面用800#水砂纸打磨，洗净烘干，法向压力为60 N，主轴转速为370 r/min，摩擦时间为30 min.试样磨损量采用磨损前后的质量差，xx到0.0001 g，磨损率单位为g /Nm.试验在室温干摩擦状态下进行．

3  结果与讨论

是硅灰石填充的BMI复合材料的摩擦系数随硅灰石的用量变化．可见，在BMI中加入硅灰石粉，随其用量的增加摩擦系数逐渐减小．此外，还发现不同粒径的硅灰石粉对BMI的减摩作用不同，粒径越大使摩擦系数减小的越少．硅灰石是一种无机填料，能降低BMI的摩擦系数是一种有趣的现象，值得深入研究．根锯摩擦学原理，滑动副间的摩擦 0.5起因于摩擦表面的分子和机械作用．当纯BMI与铝环摩擦时，摩擦主要来源于接触表面微凸峰间的分子粘附作用，机械作用较弱．当硅灰石填充到BMI中后使接触表面纯BMI与铝环的粘附面积减小，这将导致摩擦的粘附作用减小．另外，由于硅灰石粉的粒径较小且硬度较低，特别是摩擦脱落的硅灰石粉可能起到滚珠支撑作用m，使BMI复合材料与铝环的机械作用并没有明显增加．因此，硅灰石填充的BMI 图l硅灰石填充BMI复合材料摩复合材料与铝环的摩擦系数下降，擦系数随硅灰石用的变化图2是BMI复合材料和铝环的磨损率随硅灰石粉用量的变化．可见，硅灰石粉加入到BMI中．可以显著地降低BMI和铝试环的磨损量，并随硅灰石粉的用量增加和粒径变小，其减磨作用增加。

    硅灰石粉的抗磨作用主要是因为其为短纤维状无机填料，长径比为5：1到15：1，其主要成分为CaO和SiO2,如前所，纯BMI与铝环的摩擦以粘着转移膜的方式进行，但这种转移膜并不牢固，当加人硅灰石粉以后，可使BMI复合材料的断裂强度增加，同时细而硬的硅灰石粉有抛光作用，使铝环表面的氧化膜脱落，新鲜表面裸露，研究表明，CaO和SiO2,能促使聚合物在金属表面的转移膜变得牢固，滑动在转移膜和BMI复合材料的进一步磨损，使它的耐磨性也提高，这一分析可由图3BMI复合材料和铝环磨损表面的SEM形貌证实，由图3a可见，铝环表面有褐色转移膜和极细的抛光条纹，从图3b中可见，BMI复合材料摩擦表面有附着并且较光滑。

此外，硅灰石的针状晶体结构和具有短纤维的增强作用，可以改善BMI基体的韧性，增加其熔融粘度和成型尺寸的稳定性，对硅灰石质量分数为50%的BMI复合材料进行测试，其洛氏硬度HRM为115，成型温度由纯BMI的210℃提高到220~230℃。可见，硅灰石填充到BMI中，对BMI的硬度，耐高温等性能影响不大，因此，发挥硅灰石作为摩擦调节剂的优良性能，使BMI成为性能优异、耐热好的有机摩擦材料是可行的，本文的研究为优化设计综合性能较好的多组合摩擦材料配方提供了依据。

结论

1、 硅灰石可以提高BMI的耐磨性，改变其摩擦特性，并且随硅灰石用量的增加和粒径减小，BMI和铝环的耐磨性增加，摩擦系数减小，但是用量超过50%后，这种影响差异变小。

2、 硅灰石提高BMI和铝环的耐磨性主要与生成具有防护作用的转移膜有关，硅灰石中的CaO和SiO2都可以促进BMI在铝环表面转移膜的形成，使转移膜与基体粘附作用增加。