水润滑条件下聚甲基丙烯酸甲酯/有机改性蒙脱土复合材料摩擦磨损性能研究.pdf
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1、2 0 0 7年 9月 第3 2卷 第 9期 润滑与密封 LUBRI CAT I ON ENGI NEERI NG S e p 2 0 0 7 Vo I 3 2 No 9 水润滑条件下聚 甲基丙烯酸 甲酯 有机 改性蒙脱 土复合材料摩擦磨损性 能研究 杨瑞成 陈奎 张天云 ( 1 兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建 国家重点实验室甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ; 2 兰州城市学院物理 与工程技术学院甘肃兰州 7 3 0 0 7 0 ) 摘要 :采用 2种有机改性蒙脱土 ( O M MT ,T J - 2型和 K H V 6型) ,研究了乳液插层法制备的 2种聚 甲基丙烯 酸甲酯 (
2、P MM A) O M M T复合材料在水介质作用下 的摩擦磨损性能 ,并用扫描电子显微镜观察分析了复合 材料 的磨损表面。结 果表明:2种 P M MA O M M T复合材料的摩擦因数和磨损率都随 O MM T含量的增加先减小后增加。当 O M MT质量分数为 5 时 ,2种复合材料 的磨损率最小 ,约为 P MM A的5 5 ,当 O M MT质量分数为 4 时,2种复合材料的摩擦 因数最小 , 约为 P MM A的6 8 。此外 ,2种复合材料的磨损机制也基本相同 ,随着 O MM T含量的增 加,主要磨损形式依次是粘着 磨损 、磨粒磨损和疲劳磨损与磨粒磨损的混合磨损形式。 关键词:聚
3、甲基丙烯酸 甲酯 ;蒙脱土;复合材料 ;摩擦磨损性能 中图分类号 :T H1 1 7 1 文献标识码 :A文章编号 : 0 2 5 4 0 1 5 0 ( 2 0 0 7 )9 0 3 2 3 F r i c t i o n a n d W e a r Be h a v i o r 0 f Po l y( me t h y l me t h a c r y l a t e ) M o n t m o r i l l o ni t e Co mpo s i t e s u nd e r W a t e r Lub r i c a t i o n Yan g Ru i c h e n g Ch e
4、 n Ku i _ Zh a n g Ti an y u n ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G a n s u A d v a n c e d N o n f e o u s Me t a l M a t e r i a l s , La n z ho u Uni v e r s i t y o f Te c hn o l o g y, La n z h o u Ga n s u 73 0 05 0, Chi n a; 2 L a n z h o u C i t y U n i v e r s i t y , C o l l e g e
5、 o f P h y s i c s a n d E n g i n e e r i n g T e c h n o l o gy, Lan z h o u G a n s u 7 3 0 0 7 0 , C h i n a ) A b s t r a c t : Wi t h t w o k i n d s o f o r g a n i c a l l y m o d i f i e d m o n t mo r i l l o n i t e( OMMT), T J - 2 t y p e a n d K H V 6 t y p e , t w o k i n d s o f p o l
6、 y ( me t h y l me t h a c r y l a t e)( P MMA) OMMT c o mp o s i t e s w e r e p r e p a r e d b y e mu l s i o n i n t e r c a l a t i o n p o l y me ri z a t i o n, t h e i r f r i c t i o n a n d we a r b e h a v i o r , s l i d i n g a g a i n s t GCr l 5 s t e e l u nd e r 1 5 0 N a nd wa t e
7、r l u br i c a t i o n c o n d i t i o n s wa s e x a mi n e d o n M一 2 0 0 0 t e x t r i g i n a rin g o n b l o c k c o n fi g u r a t i o n Th e wo r l l s u r f a c e s o f t h e c o mp o s i t e s we r e e x a mi n e d b y me a n s o f s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y T h e r
8、e s u l t s s h o w t h a t , wi t h t h e i n c r e a s i n g o f OMMT c o n t e n t , t h e f r i c t i o n c o e f fic i e n t a n d we a r r a t e o f t wo k i n d s o f c o mp o s i t e s, PMMA0MMT1 a n d PMMA 0MM3 “ 2 b o t h d e c r e a s e fi r s t , t h e n i n c r e a s e W h e n c o n t a
9、 i n i n g 5 0MMT, we a r r a t e s o f t wo k i n d s o f c o mp o s i t e s are a b o u t 5 5 p e r c e n t t o P MMA Wh e n c o n t a i n i n g 4OMMT f r i c t i o n c o e ffi c i e n t s o f t wo k i n d s o f c o mp o s i t e s a r e a b o u t 6 8 p e r c e n t t o PMMA Be s i d e s, t h e we a
10、 r me c h a n i s ms o f t wo k i n d s o f c o mp o s i t e s are s i mi l arl y W i t h t h e i n c r e a s i n g o f OMMT c o n t e n t , c o mp o s i t e s i s d o mi n a t e d b y a b r a s i v e we a r fi rst , t he n a b r a s i v e we ar , wh i l e t h e c o n t e n t o f OMMT i s u p t o 7
11、t h e c o mp o s i t e s i S d o mi n a t e d b y f a t i g ue we ar a n d ab r a s i v e we a r K e y w o r d s : p o l y ( me t h y l me t h a c r y l a t e ) ; mo n t mo r i l l o n i t e ; c o m p o s i t e s ; f ri c t i o n a n d w e ar b e h a v i o r 由于片层内强化学键结合 、层问弱分子键结合 ,典 型的层状硅酸盐蒙脱土在外界作用下
12、很容易解离成 厚度为 l B i n 的单片层结构,分散于聚合物基体中,从而 形成聚合物基蒙脱土纳米复合材料。此复合材料兼有 无机物的刚度和强度、尺寸稳定性 、 热稳定性和有机聚 合物的塑性、可加工性、介电性能等优点,是国际上近 基金项 目:甘肃省自然科学基金资助项 目( Z S O 2 1 一 A 2 5 - 0 2 8 C ) 收稿 日期:2 0 0 7 0 41 0联系人:陈奎 ,E m a i l :c h e n k u i4 0 5 l 2 6 c o rn 作者简介:杨瑞成 ( 1 9 4 6 一 ) ,男 ,教授 ,博士生导师,目前主 要从事新材料开发 年来材料科学领域研究的热
13、点之一 j 。 聚甲基丙烯酸 甲酯 ( P M M A)是一种兼有极好光 学性能和较好力学性能的塑料 ,然而表面硬度不够 高,不耐刮伤,耐磨性差 ,在使用过程中表面易被擦 伤 ,已 极 大 地 限 制 了 其 应 用 范 围 。 S u p r a k a s 等 认为,聚合物受限于蒙脱土片层结构 中,有可 能表现 出特殊的摩擦磨损特性。文献 1 0 研究表 明 :干摩擦条件下 ,采用乳液插层法制备的片状分散 型聚甲基丙烯 酸甲酯 蒙脱土复合材料可显著降低 P MM A的磨损率。本文作者在此基础上,针对 2种商 用有机改性蒙脱土 ( O M M T ) ,进行水介质条件下的 维普资讯 http
14、:/ 2 0 0 7年第 9期 杨瑞成等:水润滑条件下聚甲基丙烯酸甲酯 有机改性蒙脱土复合材料摩擦磨损性能研究 3 3 摩擦磨损 性能 研究 ,为进一 步 开发 P M MA提供 理论 指导与试 验依据。 1 实验部 分 1 1 原料及试样制备 所用 甲基丙烯 酸 甲酯( M MA,分 析纯 ) 由天 津 市化学试剂 一厂 生 产 ;T J 一 2型 ( O MM T 1 ) 和 K H V 6 型 ( O M M T 2 )O MM T由中科院化学所提供。其余原 料均 为分析纯 ,市售 。 P M MA与 P M MA O M MT复合材 料 的制备 及成 型 工艺参见文献 1 0 。 1
15、2性 能 测 试 摩擦 磨损 性 能评 价在 M 一 2 0 0 0型试 验机 上进 行 , 偶件材料为 G C r l 5轴承钢环,其外径尺寸为 4 0 l n l , 试样尺寸 为 3 0 m i l l 6 m i l l 7 m i l l 。试验 条件 :水 润 滑( 以 5 0 0 m L h的速 度滴 加 蒸 馏水 ) ,室 温 ,摩 擦 副滑动速度 为 0 4 3 m s ,接触载荷 为 1 5 0 N,摩擦周 期为 3 0 m i n 。试验前 ,试样和试环 均经 9 O O 水砂纸 打 磨和丙酮 清洗 ,样 品表 面 的平 均粗 糙度 为 R 。 0 1 0 0 1 8 m
16、 。摩擦力矩 由数据采集系统记录 ,并换算成摩 擦因数 。用精度为 0 0 1 m m的读数显微镜测 量试 样磨 痕宽度,并换算成磨损率。平行试样 5个,取最接近 的3 次磨损率数据平均值作为试验结果。布氏硬度测 定在 H B R V U 一 1 8 7 5型布洛维光学硬度计上进行 ,试验 载荷为 6 1 3 N,钢球直径为 2 5 m i l l ,物镜放大倍数 为 5 ,取5次试验的平均值作为测试结果。通过J S M一 5 6 0 0 扫描电子显微镜 ( S E M)观察试样磨损表面形貌。 2结果与分析 2 1 硬 度 O MMT添 加 量 对 P M M A O MM T复 合 材 料
17、表 面 硬 度 的影 响 如 图 1所 示 。 可 以看 出,2种 复 合 材 料 寻 的硬度 都 随 O MM T含量 的 釜 增加 先 缓 慢 上 升 后 下 降 , 当 O M MT质 量 分 数 达 5 - A - PM M A O M M T2 c om pos i t e s 口 _ PM M A O M M TI com pos i t e s 时 ,2种 复 合 材 料 的 硬 度 达 曼 过 5 后 , 硬 度 迅 速 下 降 。 主 2 2 摩擦磨损性能 关系曲 线 图 2 是 2种 P M MA F i g 1 V a r i a t i 0 n 0 f h a r d
18、n e s s O MM T复 合 材 料 摩擦 因 数 o f t w o k i n d s o f c o m 和磨损率随 O M MT含量变p o s i t e s w i t h c o n t e n t o f 化的关 系曲线。可以看 出 , O M M T 随 O MM T含 量 的增 加 ,2种 P M MA O MM T复 合材 料 的摩擦因数和磨损率都先下降,后上升。当 O MM T质 量分数 达 4 时 ,P M MA O MM T 1 和 P MM A O M M T 2复 合材料 的摩擦 因数 由 0 1 6 3 3 ( 纯 P MM A) 分别 下降到 0 1
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- 润滑 条件下 甲基丙烯酸 有机 改性 蒙脱土 复合材料 摩擦 磨损 性能 研究
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