MC尼龙6聚砜原位复合材料摩擦磨损性能研究

2024-07-29 作者:

８　第４０卷，第２期　工程塑料应用　Ｖｏ１．４０，ＮＯ．２　２叭２年２月　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＰＬＡＳＴＩＣＳ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ　Ｆｅｂ．２Ｏｌ２　ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００１・３５３９．２０１２．０２．００２　ＭＣ尼龙６／聚砜原位复合材料摩擦磨损性能研究　林现水，王继领，林志勇，钱浩，陈瑁　（华侨大学材料科学与工程学院，福建厦门３６１０２１）　摘要：采用阴离子聚合法制备了ＭＣ尼龙６（ＭＣＰＡ６）／聚砜（ＰＳＵ）原位复合材料，研究了不同ＰＳＵ含量对　ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ原位复合材料的摩擦磨损性能的影响以及在高ｐｖ值下复合材料的磨损性能。结果表明，当ＰＳＵ含量　为２％时，ＭＣＰＡ６主要以粘着磨损为主，ＰＳＵ能够起到很好的支撑作用，复合材料的摩擦系数和磨损达到最小，为纯　ＭＣＰＡ６的６８．６％，当ＰＳＵ含量超过２％时，复合材料的耐摩擦性能下降，磨损机理主要表现为粘着磨损和磨粒磨损；　在高　ｖ值下，复合材料的性能比纯ＭＣＰＡ６有所下降，这主要是由于磨损机理发生了变化。　关键词：聚砜；Ｍｃ尼龙６；原位复合材料；摩擦磨损　中图分类号：ＴＱ３２３．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１．３５３９（２０１２）０２．０００８．０４　Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｗｅａｒ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＭＣ　Ｎｙｌｏｎ　６／Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ｉｎ　Ｓｉｔｕ　Ｆｏｒｍｅｄ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｌｉｎ　Ｘｉａｎｓｈｕｉ，Ｗａｎｇ　Ｊｉｌｉｎｇ，Ｌｉｎ　Ｚｈｉｙｏｎｇ，Ｑｉａｎ　Ｈａｏ，Ｃｈｅｎ　Ｊｕｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｑｉａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｆｏｒｍｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｂｙ　ａｎｉｏｎｉｃ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｎ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｈｉｇｈ　ＰＶ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｆｏｒｍｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｗｅａｒ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆＭＣＰＡ６　ｗａｓ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｗｅａｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　ｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　６８．８％ｏｆＭＣＰＡ６　ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｂｕｔｔｒｅｓｓ　ｏｆＰＳＵ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆＰＳＵ　ｗａｓ　２％．Ｎｅｖｅｒｔｈｅｌｅｓｓ，　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｗｅａｒ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ＭＣＰＡ６　ｗａｓ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｗｅａｒ　ａｎｄ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ｗｅａｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＰＳＵ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　２％．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ．ｔｈｅ　ｐｕｒｅ　ＭＣＰＡ６　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ　ｍｏｒｅ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｗｅａｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｗｅａｒ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗａｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ；ＭＣ　ｎｙｌｏｎ　６；ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｆｏｒｍｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ＭＣ尼龙６（ＭＣＰＡ６）是一种性能优异的工程　ＰＳＵ：特性黏度０．４５　ｄＬ／ｇ，中国科学院长春　塑料，通常作为机械零件制造用的高分子材料之一。　应用化学研究所徐州工程塑料厂。　与金属相比，ＭＣＰＡ６虽然有较高的比强度、比模量，　１．２仪器及设备　但由于分子链的不对称性，其摩擦系数较大。为了　磨损试验机：Ｍ－２０００型，承德大华实验机有限　拓展ＭＣＰＡ６的应用，改善其摩擦性能有着重要的　公司；　现实意义¨　。　扫描电子显微镜（ＳＥＭ）：Ｓ－３５０Ｎ型，日本日　改善聚合物摩擦性能的方法有多种，与不同聚　立公司。　合物进行共混通常是改善聚合物摩擦性能的一种有　１．３　ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ原位复合材料的制备　效方法　。相比ＭＣＰＡ６而言，聚砜（ＰＳＵ）有着较　将一定量的己内酰胺于１５０　ｏＣ条件下抽真空，　高的耐热性和硬度，此外，ＰＳＵ大分子链中含有大　然后将干燥后的ＰＳＵ树脂按质量分数Ｏ％，１％，２％，　量的砜基，其有可能与尼龙分子链相互作用形成氢　４％，６％加入到己内酰胺中，溶解后再加入一定量的　键，能在一定程度上改善两相之间的相容性。笔者　ＮａＯＨ和ＴＤＩ，继续抽真空１　ｈ，在其黏度未变大时　采用原位阴离子聚合法制备了ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ原位　倒入１７０ｏＣ模具中恒温０．５　ｈ后即可得到ＭＣＰＡ６／　复合材料，研究了复合材料的摩擦磨损性能　。　国家自然科学基金项目（５０６７３０３０）、教育部科学技术研究重点　１实验部分　项目（２０７１４６）　１．１　原料　联系人：林志勇，教授，主要从事聚合物复合体系研究　己内酰胺：聚合级，湖南岳阳石油化工厂；　收稿日期：２０１１．１１－１８　林现水，等：ＭＣ尼龙６／聚砜原位复合材料摩擦磨损性能研究　９　ＰＳＵ原位复合材料，然后制成测试标准样条。　１．４性能测试　摩擦磨损性能按ＧＢ　３９６０－１９８３用磨损试验　机测试，试样尺寸为３０　ｍｍ×７　ｒｅ．ｉｎ×６　ｍｍ，对摩　件采用外径为４０　ｍｍ的４５　钢环，每次测试前将样　品和对偶钢环表面用砂纸抛光至Ｒａ分别为０．１７～　０．２３　ｍ和０．０９～０．１１　ｍ，再将样品块与钢环置　于丙酮中超声清洗１０　ｍｉｎ以除去抛光过程中残留　的碎屑，然后室温下自然干燥，利用精度为０．１　ｍｇ　的电子分析天平称量实验前后的试样质量，计算材　料磨损量。通过测力传感器测量摩擦力矩，每隔　３　ｍｉｎ记录一次，以最后稳定阶段的平均力矩来计　算摩擦系数，计算公式如下：　ｐ＝Ｍ／（Ｗｘ　ｒ）　（１）　式中：　——摩擦系数；　一摩擦力矩，Ｎ・ｍ；　一试验载荷，Ｎ；　ｒ一对摩钢环半径，ｍ。　磨损面ＳＥＭ分析：样品喷金后，在ＳＥＭ下观　察其表面形态。　２结果与讨论　２．１　ＰＳＵ含量对ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ摩擦性能的影响　图１是不同ＰＳＵ含量的ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ原位复　合材料的摩擦系数与滑动摩擦时间的关系图。从图　１可以看出，原位复合材料的摩擦出现典型的磨合　摩擦和稳定摩擦两个阶段。　滑动时Ｉ司／ｒｒ，ｌｎ　一０；一１．ｏ％；・一Ｚｏ％；ｖ一４ｏ％；－～矗ｏ％　图１不同ＰＳＵ含量ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ的摩擦系数与　滑动摩擦时间的关系　图２示出稳定摩擦阶段不同ＰｓＵ含量复合材　料的摩擦系数。　ｒｓｕ＃Ｎｏ／％　图２不同ＰＳＵ含量复合材料的摩擦系数　从图２可以看出，摩擦系数随着ＰＳＵ含量的增　加先减少后增加，这主要是由于ＰＳＵ含量低于２％　时，ＰＳＵ在ＭＣＰＡ６中的分散较好，有助于ＭＣＰＡ６　在对偶件中形成稳定的转移膜，导致摩擦系数下降，　当ＰＳＵ含量超过２％时，随着ＰＳＵ含量的增加，　ＰＳＵ自身出现团聚现象，导致ＰＳＵ脱落变得明显，　对摩副问出现了磨粒磨损（ＰＳＵ的黏流温度较高，　此时并没有熔融），导致摩擦系数增加。　２．２　ＰＳＵ含量对ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ磨损性能的影响　图３示出不同ＰＳＵ含量ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ原位　复合材料的磨损量。从图３可以看出，复合材料的　磨损量均低于纯ＭＣＰＡ６，且随着ＰＳＵ含量的增加，　磨损量先减少后增加，这主要是由于ＰＳＵ的硬度比　ＭＣＰＡ６大，适量的ＰＳＵ提高了ＭＣＰＡ６／ＰＳｕ的硬　度，提高了界面粘合力；ＰＳＵ的剪切强度比ＭＣＰＡ６　高，适量的ＰＳＵ能有效地承载载荷，ＰＳＵ的存在能　有效减少粘着磨损量，所以ＰＳＵ的加入能起到改善　ＭＣＰＡ６摩擦性能的效果。当ＰＳＵ含量为２％时，　复合材料的磨损量为纯ＭＣＰＡ６的６８．６％；但当　ＰＳＵ含量超过２％后，随着ＰＳＵ含量的增加，ＰＳＵ　在团聚加重，减小了比表面积，分散效果变差，削弱　了与ＭＣＰＡ６基体的粘结性，ＰＳＵ的摩擦过程中脱　落，由于ＰＳＵ的粘流温度较高（约３ｌ０℃），没有熔　融，留在摩擦副问形成磨粒，脱落下来的粒子或碎屑　切削和研磨金属对摩环，产生更多的粒子，从而加速　了ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ的磨损过程，导致磨损量增加［５　６　Ｊ￣　警　＼　ＰＳＵ＃量／％　图３不同ＰＳＵ含量ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ的磨损量　图４为不同ＰＳＵ含量的原位复合材料刻蚀后　的ＳＥＭ照片。从图中可以看到随着ＰＳＵ含量增加，　被刻蚀的孔洞逐渐增大，也证实了ＰＳＵ在含量超过　２％时存在团聚现象。　图５为不同ＰＳＵ含量ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ磨损表　面的ＳＥＭ照片（干摩擦，２００　Ｎ，Ｏ．４２　ｍ／Ｓ，　ｌ２０　ｍｉｎ）。由图５可以看出，ＰＳＵ含量为１．０％和　２．０％时ＭＣＰＡ６／ＰＳＵ的表面比较光滑，没有明显　的犁沟和塑性变形，而纯ＭＣＰＡ６表面有部分塑性　变形区域，说明了ＰＳＵ粒子很好地传递了载荷，　避免了ＭＣＰＡ６基体的屈服。而当ＰＳＵ含量比较高　林现水，等：ＭＣ尼龙６／聚砜原位复合材料摩擦磨损性能研究　ｌ１　未来全球市场对生物降解塑料的需求缺口巨大　随着武汉８０万ｔ／ａ乙烯及中原乙烯原料路线改造等项　国内领先的改性塑料企业金发科技公司有望于２０１２年　目的逐步到位，预计２０１２年产量有望进一步提升。（慧聪网）　下半年实现生物降解塑料１２万ｔ产能，并预期到２０１５年提　长碳链尼龙制备项目入选“８６３”　升到２０万ｔ。　河南郑州大学承担的长碳链尼龙１２１２和耐高温半芳香　２０１　１年ｌ０月中旬，金发科技正式投产的珠海万通首期　尼龙１２Ｔ关键制备技术项目，１３前被列入国家“８６３”计划聚　年产３万ｔ完全生物降解塑料聚酯（聚丁二酸丁二醇酯）生　氨酯类产品生物一化学组合合成技术课题。　产项目运行稳定，截至目前释放产能１万ｔ左右。　据介绍，聚氨酯类产品的生物～化学组合合成技术课　另外，珠海万通第二期年产９万ｔ完全生物降解塑料聚　题由江西宜春远大化工有限公司牵头负责，联合山东瀚霖生　酯生产项目已经启动建设，并有望于今年１０月投产。届时，　物技术有限公司等从事生物基聚酯类产品加工的龙头企业，　公司生物降解塑料总产能将达１２万ｔ。预期到２０１５年，公　以及华中科技大学、郑州大学、北京理工大学等高等院校共　司的生物降解材料业务规模将达到２０万ｔ以上。　同承担。郑州大学承担的生物长链二元酸基尼龙制备技术　国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉表　是该课题的子课题，主要研发长碳链尼龙１２ｌ２和耐高温半　示，生物降解塑料发展潜力巨大，国内市场尚未规模化启动，　芳香尼龙１２Ｔ关键制备技术，课题目标是开发万吨级尼龙　已崭露头角的欧洲和美国等地的消费量已超过３００万ｔ，但　１２１２和尼龙１２Ｔ的工业生产技术。　目前全球生物可降塑料的产能仅６０余万ｔ，国内超过９０％　长碳链尼龙和耐高温半芳香尼龙两种材料在汽车、航空　的产品都出口到欧美国家，总体来看，未来全球市场对生物　航天、电子电气等领域应用广泛，国外长期禁止向我国转让　降解塑料的需求缺口巨大。　（慧聪网）　该类产品的生产技术，而我国每年需从国外进口价值百亿元　中石化乙烯产量首破千万吨　的长碳链尼龙和耐热尼龙材料。　近１３从中国石油化工集团公司获悉，２０１１年，中石化累　据悉，我国对尼龙１２１２及高性能耐高温尼龙树脂的开　计生产乙烯１００３．７５万ｔ，首次突破千万吨大关。全年乙烯　发与生产极为重视，这两个品种均被列入国家发改委《产业　产量比上年增长８４．８万ｔ，增长幅度达９．２３％。　结构调整指导目录（２０１１年本）》鼓励发展项目。　（慧聪网）　据统计，２０１１年前三季度，中石化的乙烯产量为７３５．６　北欧化工高透明奶瓶用ＰＰ代替ＰＣ　万ｔ，第四季度的产量为２６８．１５万ｔ，占到全年的２６．７％左右。　北欧化工为了抓住因双酚Ａ而导致的ＰＣ空缺市　第四季度乙烯产量较快提升，对整个年度中石化乙烯产量破　场占有率，近期发布用于化妆品及奶瓶的挤出吹塑级ＰＰ　千万吨有较大帮助。　（Ｂｏｒｃｌｅａｒ　ＲＣ７３７ＭＯ），这种ＰＰ原料透明度更高。　２０１１年，中石化各乙烯生产企业在６月前后国内成品　Ｂｏｒｃｔｅａｒ　ＲＣ７３７ＭＯ能提高瓶子的光泽、雾度及透明　油供应紧张的情况下，及时限产，为成品油保供作出了贡献。　度，在美学上有很大跃进。Ｂｏｒｃｌｅａｒ　ＲＣ７３７ＭＯ在透明度　在１２月化工产品市场走软的情况下，果断调整装置负荷，确　上的进展正符合化妆品及婴儿行业对产品及包装的ＰＰ要　保了公司效益最大化。针对化工轻油供需不平衡的实际，中　求。使用这种新工艺，雾度将降低２５％。新的ＰＰ瓶在桶温　石化化工板块组织天津、茂名、金陵、广州等有条件的炼化企　１９０—２２０℃下，可根据无规ＰＰ的常规加工设置再次加工。　业进口南帕斯凝析油，抓住市场有利时机进口石脑油，并充　其高熔点使中间商更易控制壁厚。此外，较低的质量差异能　分利用集团内部油田轻烃和炼油、芳烃装置的各种干气、尾　减小运输及使用过程中破损的可能性。这种完全可回收的　气、轻烃等资源，确保了乙烯装置的高产稳产。　ＰＰ瓶可降低资源消耗量及二氧化碳排放量。（工程塑料网）