1、第19卷第6期高分子材料科學與工程V o l.19,N o.62003年11月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G N ov.2003聚酰胺 聚苯硫醚共混物摩擦學性能研究( 水潤滑陳兆彬1,李同生1,楊玉良1,張瑜2(1.復旦大學高分子科學系,聚合物分子工程教育部重點實驗室,上海200433;2.上海石油化工股份有限公司塑料事業部,上海200540摘要:研究了PA66 PPS共混物在水潤滑條件下的摩擦磨損性能。結果表明,共混物顯著降低了PA66和PPS的摩擦系數,并遠遠低于干摩擦條件下的摩擦系數。其中,70%(P

2、A 30%(PPS共混物在水潤滑條件下的摩擦磨損性能最好。掃描電子顯微鏡(SE M分析表明,水的存在抑制了聚合物在對偶鋼環上形成轉移膜的能力,材料的摩擦磨損主要是由對偶面上的微突起在樣品表面的犁耕作用造成的。同時,水也起到了冷卻劑的作用。關鍵詞:聚苯胺 聚苯硫醚共混物;水潤滑;摩擦;磨損中圖分類號:O631.2+1文獻標識碼:A文章編號:100027555(20030620108203已有的研究表明14,PA66在水潤滑條件下摩擦系數和磨損都有很大程度的降低,也就是說PA66特別適合水潤滑條件下的應用。PPS在水潤滑條件下摩擦系數有所降低,但是比磨損率卻增加很多。在水潤滑的條件下,聚合物材料與

3、水可以通過幾種途徑發生相互作用。水分子從表面吸收到基體中塑化,這主要是一個控制擴散過程,依賴于時間,溫度,應力和水及聚合物二者的分子形貌。水的吸附可以產生不同的效果,它們包括:(1強度和彈性模量的降低以及斷裂伸長率的增加,和 或(2表面層的膨脹,這種膨脹會導致細微脹大并可能造成應力集中。聚合物在水潤滑條件下的摩擦學性能已有較多文獻報道,但是聚合物共混物在這方面的研究則無人涉及。作者在已有工作的基礎上,對PA66 PPS共混物水潤滑條件下的摩擦學性能進行了研究,并對摩擦磨損機理進行了探討。1實驗部分PA66 PPS共混物和試驗樣品的制備,以及摩擦磨損試驗裝置如本文第 部分所述。在本試驗中,作為潤

4、滑劑的水以液滴的形式滴加到鋼環表面上,速率16drop m in18drop m in,以保證旋轉的鋼環表面有固定的水膜存在。摩擦磨損試驗在室溫環境下進行,速度0.42 m s,載荷196N。試驗后,樣品塊及對偶鋼環在室溫下自然干燥,用SE M進行表面分析。2結果與討論2.1摩擦磨損性能PA66,PPS及其共混物在水潤滑條件下的摩擦系數隨滑動時間的變化如F ig.1所示。材料的磨合階段與穩定摩擦階段的區別不是很明顯,且由于水潤滑的作用,材料的摩擦系數顯著降低。與干摩擦條件下相比(第 部分,PPS 與其它樣品的摩擦系數差別減小;PA66與共混物摩擦系數的變化不再呈現出一致的規律性。共混物在經歷了

5、短時間的磨合階段后,摩擦系數均呈下降的趨勢。F ig.2給出的是樣品平均摩擦系數隨體系中PPS含量變化的柱狀圖。與干摩擦條件下相收稿日期:2003205223;修訂日期:2003209215基金項目:教育部科學技術重大項目(0204作者簡介:陳兆彬(1974-,男,博士生聯系人:李同生.E2m ail:L its比,水潤滑時摩擦系數隨組成的變化有兩點明顯不同:(1共混物的摩擦系數與其組成密切相關,而且彼此間的差別較大,其中當PPS 的體積分數(PPS 為30%時,摩擦系數最小(0.09;(2所有樣品的摩擦系數較干摩擦時都急劇下降 。F ig .1The var i ation of fr ic

6、tion coeff ic ien t with slidi ng ti m e:PA ;:(PA (PPS (80 20;:(PA (PPS (70 30;:(PA (PPS (60 40;:(PA (PPS (3070;!:PPS .F ig .2The var i ation of average fr iction coeff ic ien t with PPS con ten t材料的磨損體積示于F ig .3。可見,PA 66 PPS 共混物在水潤滑條件下顯著降低了PPS 的磨損,但是對PA 66磨損性能的改善作用不大。不同的共混物,水的存在顯示出了不同的影響,其中,70%(PA

7、66 30%(PPS 的磨損體積最小,為4.07mm 3。與干摩擦條件下的數據相比,雖然水的存在降低了PPS 的摩擦系數,但是卻增加了其磨損(59.30mm 3;PA 的體積磨損則下降了一半以上。2.2對偶表面分析摩擦前后對偶鋼環的表面形貌如F ig .4所示。F ig .4(a 為未與任何材料對磨時的空白鋼表面。可以看出,試驗前砂紙對鋼環的拋光作用在其表面留下了許多與滑動方向平行的紋路。與之相比,摩擦試驗后,與不同樣品配副的鋼環表面的形貌(F ig .4b 至F ig .4d 變化不是很大,鋼環表面的紋路仍清晰可見。這說明,水潤滑條件下,材料在對偶鋼環表面上不能形成轉移膜。這與干摩擦條件下的

8、情況不同,說明摩擦過程中,水的存在極大地抑制了聚合物向對偶表面的轉移。2.3磨損表面分析F ig .5給出了PA 66,PPS 和(PA (PPS (70 30共混物磨損表面的形貌。結合F ig .4可以看出,樣品磨擦過程中無熔融現象F ig .3The var i ation of wear volu me with PPS con ten t(a unrubbed steel counterface (b pure PA901第6期陳兆彬等:聚酰胺 聚苯硫醚共混物摩擦學性能研究( 水潤滑 (c PA PPS (7030(d pure PPS F ig .4The morpholog ies

9、 of coun terfaces.Arrow i ndicates slidi ng direction (a pure PA(b (PA (PPS =7030(c pure PPSF ig .5The SE M m icrographs of worn surface存在。說明滑動過程中,水不僅作為潤滑劑存在,而且也可以起到冷卻的作用,帶走了接觸面上的摩擦熱,極大地降低了摩擦表面的溫度。文獻5報道,摩擦界面的溫升,使得材料的硬度、疲勞壽命和剝離強度等性能有所下降,而水的存在削弱了溫升導致的這些負面作用,提高了材料使用的p v 值。水潤滑條件下,PPS 的磨損增加,主要是因為水滲透到聚合物的

10、表面區域,導致S 的降低(S 為在正壓力和切向力共同作用條件下聚合物表面區域的“強度”,如斷裂強度、疲勞強度或者剪切強度2。當S 降低時,材料的磨損增加,所以PPS 水潤滑條件下的磨損較干摩擦大。我們推測,當體系中PPS 的含量占優時(如30%(PA 70%(PPS 共混物,樣品在水潤滑條件下的磨損較干摩擦時大,也是出于這一原因。F ig .5還顯示,三種材料的磨損表面都存在不同程度的犁溝現象,這主要是因為對偶表面無轉移膜形成,鋼環上的微突起犁耕樣品表面使之發生塑性變形的結果。犁溝現象的強弱,與材料磨損的大小相對應。參考文獻:1Evans D C .Po lym er 2fluid inter

11、acti on in relati on tow ear ,in :P roceedings of the T h ird L eeds 2L yon sym 2po sium on T ribo logy ,M echanical Engineering Publica 2ti on L td .,1978:4755.2M ens J W M ,de Gee A W J .W ear ,1991,(149:255268.3L utton M D ,Sto larsk i T A .J .A pp l .Po lym .Sci .,1994,(54:771782.4Yam amo to Y ,

12、T akash i m a T .W ear ,2002,(253:820826.5L ancaster J K .W ear ,1972,(20:315.(下轉第114頁。to be continued on P .114243250.8劉少瓊(L I U Shao2qi ong,蹇錫高(J I AN X i2gao,等.高分子材料科學與工程(Po lym er M aterials Science& Engineering,2002,18(6:97100.9高水英(GAO Shui2ying,張平余(ZHAN G P ing2yu.摩擦學學報(J.of T ribo logy,2002,2

13、2(6:419423.10Bhushan Bharat,L iu H W.Physical R eview B,2001,63:245412212245412211.11F riedel G.A nn.Phys.,XV1119Series1992:206356.FR I CT I ON AND W EAR BEHAV I OR OF L IQU I D CRY STAL POLYM ER AROM AT I C POLYAM I D E SEL F-ASSE M B L ED F I LM SW AN G H ai2jun,W AN G Q i2hua,PE I X ian2qiang(T h

14、e S ta te K ey L abora tory of S olid L ubrica tion,L anz hou Institu te ofChe m ica l P hy sics,Ch inese A cad e m y of S ciences,L anz hou730000,Ch ina ABSTRACT:T he Self2assem b led behavi o r of liqu id crystal arom atic po lyam ide w as exam ined.T he qualities of the liqu id crystal po lym er

15、fil m s m ade from the po lym er so lu ti on s in H2SO4w ere inves2 tigated by m ean s of static w ater con tact angle m easu rem en t and atom ic fo rce m icro scop ic ob serva2 ti on of the su rface m o rp ho logy.T he fricti on and w ear behavi o r of the liqu id crystal self2assem2 b led fil m s

16、 sliding again st Si3N4ceram ic ball w as exam ined on a D F2PM ball2on2b lock one2w ay re2 ci p rocating fricti on and w ear test rig,w ith em p hasis on the effect of heat2treatm en t of the tribo2 logical behavi o r of the fil m s.A s the resu lt,liqu id crystal po lym er lub rican t fil m s w er

17、e successfu lly p repared on glass su rface and show a con siderab ly decreased fricti on coefficien t.A fter p roper heat treatm en t,the fricti on coefficen t decreases and an ti2w ear life of the fil m s is con siderab ly in2 creased,fu rther m o re,the fricti on coefficien t decreases w ith the

18、increasing load.Keywords:liqu id crystal po lym er;self2assem b led fil m;fricti on and w ear behavi o r(上接第110頁。continued from p.110M ECHAN I CAL AND TR IB OLOGI CAL PROPERT IESOF PA66 PPS B L END S( W ATER L UBR I CAT I ONCH EN Zhao2b in1,L I Tong2sheng1,YAN G Yu2liang1,ZHAN G Yu2(1.D ep a rt m en

19、 t of M acro m olecu la r S cience,M in istrys K ey L abora tory of M olecu la rE ng ineering of P olym ers,F ud an U n iversity,S hang ha i200433,Ch ina;2.P lastics D iv ision of S inop ec S hang ha i P etroche m ica l Co m p anyL i m ited,S hang ha i200540,Ch inaABSTRACT:T he tribo logical p roperties of PA66 PPS b lends w ere studied under w ater lub rica2 ti on conditi on.It is found that the fr