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《兰州理工大学》 2007年
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聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的摩擦磨损性能研究

成生伟  
【摘要】: 本文采用两种有机蒙脱土,通过熔融插层法制备了聚丙烯/蒙脱土复合材料。对所制备材料的力学性能以及干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了研究;并应用ANSYS对材料的摩擦磨损性能进行了分析。 X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)以及透射电镜(TEM)对复合材料的结构表征表明,当质量百分含量<3wt%时,复合材料为纳米复合材料。 力学性能研究表明,弹性模量和冲击强度随蒙脱土含量的增加而增大;而硬度和拉伸强度则随着MMT含量的增加先升后降。 在M-2000型环块磨损实验机上测试了复合材料与GCr15对磨的滑动摩擦磨损性能。结果表明,在干摩擦条件下,<3wt%MMT的加入,可明显减轻PP粘着磨损和塑性变形,其磨损率为相同载荷下纯PP的30%~40%。相同条件下,与KH-V6型蒙脱土相比,TJ-2型蒙脱土改善PP摩擦磨损性能的效果更明显。结合磨损表面扫描电镜(SEM)照片,分析得到:随着蒙脱土含量的增加(<3wt%),复合材料的磨损机理由粘着磨损变为磨粒磨损;而过量的添加蒙脱土(≥4wt%)则材料的磨损机理变为疲劳磨损。 在以上工作基础上,采用ANSYS模拟了复合材料在承受摩擦载荷时的应力-应变场。结果表明,添加适量的蒙脱土(0~2wt%),有利于复合材料表面形成细小的磨屑,促进转移膜的形成及稳定,使摩擦系数降低,磨损率下降;而蒙脱土含量过大时(≥4wt%),纳米粒子的团聚不利于形成均匀、稳定的转移膜从而使复合材料出现严重的磨损。
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