尼龍納米復(fù)合材料的環(huán)境性能研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

河南科技大學(xué)畢業(yè)論文PAGEPAGE31 PAGE31尼龍納米復(fù)合材料的環(huán)境性能研究摘要尼龍納米復(fù)合材料是由MC尼龍?zhí)砑蛹{米填料的方式制備而成。MC尼龍作為工程應(yīng)用很廣泛的塑料，與傳統(tǒng)的尼龍6相比，它具有合成工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。它因具有重量輕、強(qiáng)度高、耐磨等多種獨(dú)特性能而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、石油化工及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，但是MC尼龍?jiān)谀Σ列阅芊矫嫒匀淮嬖谝恍┎蛔?。本論文即是?duì)MC尼龍的改性研究，以改善其摩擦學(xué)性能。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)加入石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合材料，制備尼龍納米復(fù)合材料。通過(guò)磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其在不同線(xiàn)速度、不同材質(zhì)環(huán)的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明，加入相變復(fù)合材料能明顯改善MC尼龍的摩擦學(xué)性能，磨損程度提高了50%，摩擦因數(shù)提高了75%。在環(huán)的線(xiàn)速度方面，對(duì)于合金鋼環(huán),當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度減小一倍，其耐磨性就增加一倍。鋼絲環(huán)，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度減小一倍，其耐磨性就增加55%左右。對(duì)于油潤(rùn)滑環(huán)而言，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度改變，材料耐磨性能的變化方面表現(xiàn)不明顯，相比同線(xiàn)速度的鋼絲環(huán)摩擦，油潤(rùn)滑表現(xiàn)出的耐磨性能有很大的提高。關(guān)鍵詞：尼龍納米復(fù)合材料,MC尼龍，耐磨性，膨脹石墨，相變復(fù)合材料STUDYONTHEENVIRONMENTPERFORMANCEOFNYLONNANOMETERCOMPOSITESABSTRACTNylonnanometercompositematerialispreparedbythewayofaddingnanometerfillersbyMCnylon.MCnyloniswidelyusedasaplasticengineering,comparedwiththetraditionalnylon6.Ithastheadvantagesofsimplesynthesisprocess,excellentmechanicalproperties,etc.Itbecauseofitslightweight,highstrength,wearandmanyotheruniquepropertiesandiswidelyusedinmachinery,petroleumchemicalindustryanddefenseindustryandotherfields,butMCnyloninwear-resistingpropertiesstillexistsomeproblems.ThisthesisistostudythemodificationofMCnyloninordertoimproveitswear-resistingproperties.Intheprocessoftheexperiment,thenylonnanometercompositeswerepreparedbytheadditionofparaffin/expandedgraphitephasechangecomposites.Thewear-resistingpropertiesofdifferentmaterialringsweretestedbyweartestingmachine,andthehardnessofthematerialwastestedwiththehardnesstester.Theresultsshowthataddingcompositephasechangematerialscansignificantlyimprovethewear-resistingpropertiesofMCnylon,increasedwearof50%frictioncoefficientincreases75%.Intermsofthelinearvelocityofthering,foralloysteelring,whenthelooplinevelocitydecreasesatimes,itswearresistanceincreasesonetimes.Wirering,whentheringspeedofthewireisreduced,thewearresistancewillincreasebyabout55%.Foroilyslipring,ringlinespeedchanges,changesintheresistanceofthematerialsisnotobviousanditswearresistanceinrelativelygoodstate.KEYWORDS:Nylonnanometercompositematerial，MCnylon,wear-resistingproperty,expandedgraphite,phasechangematerial

目錄第一章前言 3§1.1尼龍納米復(fù)合材料的介紹 3§1.1.1MC尼龍的概念 3§1.1.2MC尼龍的特點(diǎn) 3§1.1.3MC尼龍的聚合機(jī)理及聚合過(guò)程中的影響因素 3§1.1.4MC尼龍納米材料對(duì)摩擦接觸表面的介紹 3§1.2尼龍納米復(fù)合材料的研究背景、現(xiàn)狀及研究意義 3§1.3摩擦學(xué) 3§1.3.1摩擦學(xué)概況 3§1.3.2摩擦學(xué)基本特征 3§1.3.3摩擦磨損的影響因素 3第二章實(shí)驗(yàn)部分 3§2.1實(shí)驗(yàn)材料、試劑及實(shí)驗(yàn)儀器 3§2.1.1實(shí)驗(yàn)材料與試劑 3§2.1.2主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備 3§2.3MC尼龍納米復(fù)合材料的制備 3§2.4性能測(cè)試 3第三章結(jié)果與討論 3§尼龍納米復(fù)合材料摩擦性能的分析 3第四章 3§結(jié)論 3參考文獻(xiàn) 3致謝 3第一章前言§1.1尼龍納米復(fù)合材料的介紹§1.1.1MC尼龍的概念MC尼龍也稱(chēng)鑄型尼龍或單體澆鑄尼龍，其作為一種應(yīng)用市場(chǎng)范圍很寬廣的工程塑料，其分子結(jié)構(gòu)上屬于尼龍6，故其性能和特點(diǎn)上也和尼龍6基本類(lèi)似，不同的是它在較低的溫度下快速聚合成型，在分子量和結(jié)晶度方面表現(xiàn)較高，因此其在工程應(yīng)用上的一些性能比尼龍6要好[1]。MC尼龍的制備,它是在常壓下，把熔融狀態(tài)下的己內(nèi)酰胺C6H11NO加入堿性催化劑與?；瘎┕餐磻?yīng)制成待聚單體，然后澆入到一定溫度的磨具中，使混合物料很快的進(jìn)行聚合反應(yīng)，凝固成堅(jiān)硬的固體原件，再經(jīng)過(guò)一系列相關(guān)工藝的處理，形成預(yù)得產(chǎn)物。該尼龍稱(chēng)為單體澆鑄尼龍(MonomerCastingNylon)，也稱(chēng)MC尼龍[2]。MC尼龍?jiān)诠こ虘?yīng)用上作為一種通用熱塑性塑料，因其具有很多優(yōu)良特點(diǎn)，如分子量很大、結(jié)晶度較高、工藝流程簡(jiǎn)單、聚合溫度低、機(jī)械強(qiáng)度很高、自潤(rùn)滑、減震消音、耐油脂、耐磨耗、耐化學(xué)藥品、使用溫度范圍較廣等重要性能而在各機(jī)械行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，它可以替代有色金屬及其合金，能達(dá)到以塑代鋼的目的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從1998年至2005年，國(guó)內(nèi)工程塑料消費(fèi)年均增長(zhǎng)速率為26％，預(yù)計(jì)今后幾年的增長(zhǎng)率為15％～18％。從而在眾多領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。§1.1.2MC尼龍的特點(diǎn)與普通尼龍6相比，鑄型尼龍生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，模具制作簡(jiǎn)單。MC尼龍除了具有一般尼龍產(chǎn)品的性能外.還具有工藝簡(jiǎn)單、聚合溫度低、結(jié)晶度高、密度小、力學(xué)性能好、相對(duì)分子質(zhì)量大且分布均勻、減振耐磨、耐腐蝕、自潤(rùn)滑、使用溫度范圍寬等明顯優(yōu)點(diǎn)。鑄型尼龍相對(duì)分子質(zhì)量在7~10萬(wàn)左右。鑄型尼龍成型制品的尺寸型號(hào)不受限制，從理論上講，只要模具大小允許，制品的尺寸大小也不受限制，而且無(wú)方向性，大型的制品可達(dá)幾百公斤甚至更大的大型尼龍制品。鑄型尼龍產(chǎn)品被廣泛的用于各種機(jī)械儀器零件中，尤其在工程機(jī)械中作為耐磨減摩材料代替銅等及其合金，不僅可以節(jié)省大量的金屬材料，而且其耐磨性比銅好，使用壽命也比銅提升了l～4倍，和它相配合的軸磨損情況也極大程度得到提升。近年來(lái)，以MC尼龍加工制成的各類(lèi)產(chǎn)品，相應(yīng)取代了銅、不銹鋼材質(zhì)和巴氏合金等各類(lèi)零部件。MC尼龍屬于工程塑料，而工程塑料(EngineeringPlastics)這個(gè)詞是杜邦公司在1956年推出聚甲醛(POM)時(shí)開(kāi)始使用的[3、9、10]。它沒(méi)有特定的定義，但普遍認(rèn)為在很多應(yīng)用領(lǐng)域工程塑料是可以代替金屬，能在較長(zhǎng)使用時(shí)間及較寬溫度范圍內(nèi)保持優(yōu)良性能，且能承受機(jī)械應(yīng)力作用及作為結(jié)構(gòu)材料使用的一類(lèi)塑料[4]。MC尼龍作為工程塑料的一個(gè)特殊品種，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)[5、11]：(1)機(jī)械性能良好。MC尼龍制品其特性機(jī)械強(qiáng)度大，抗沖擊，耐疲勞，韌度好。在其熔點(diǎn)(220℃)以下MC尼龍的結(jié)晶是成型的，其分子量大(高達(dá)7~10萬(wàn))，因此在機(jī)械強(qiáng)度方面比一般尼龍(分子量為1~3萬(wàn))產(chǎn)品大得多，尤其是其抗蠕變特性非常好，所以能長(zhǎng)期支撐軸承的重負(fù)載。(2)具有耐磨性和自潤(rùn)滑性。MC尼龍制品一般在輕負(fù)荷、低速度情況下使用時(shí)沒(méi)必要加潤(rùn)滑劑。尼龍的磨損特點(diǎn)是在剛開(kāi)始使用稍有磨損，以后就很少磨耗，和金屬材料不一樣，隨著使用時(shí)間的增加，磨損比例也增加。(3)噪音較低。鑄型尼龍的模量比金屬小的多，對(duì)振動(dòng)衰減率要比鋼大幾十倍，具有吸音作用。因此，用鑄型尼龍制作車(chē)輪、齒輪時(shí)，噪音較小，能有效減弱機(jī)械嗓音。(4)質(zhì)量輕，鑄型尼龍的密度通常在1.15～1.16，僅是鋁合金(2.7)的2/5，鋼(7.8)的1/7，銅(8.9)的1/8。由于質(zhì)輕，在作為機(jī)械零件材料使用時(shí)可以減少零部件之間不必要的機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)力，也可減小運(yùn)動(dòng)慣性，同時(shí)裝卸和檢修也非常方便。(5)電性質(zhì)。鑄型尼龍?jiān)陔娦阅芊矫媾c普通尼龍非常相似，和其它工程塑料相比，也沒(méi)有特別的優(yōu)勢(shì)之處，尤其是吸水率的方面，所以在高級(jí)電氣制品的制作并不合適，然而正因?yàn)殍T型尼龍擁有吸水性的特點(diǎn)，因此很難帶靜電，這一因素在塑料中是屬于比較特殊的一類(lèi)。(6)非粘附性。MC尼龍不輕易與其他材料物品粘接，可以作為提升槽斗用途，因此也存在不容易以找到合適粘結(jié)劑的缺點(diǎn)。(7)良好的回彈性。鑄型尼龍制品可以使彎曲曲面永久不發(fā)生變形，這樣就能保持強(qiáng)韌度以抵抗反復(fù)不斷沖擊負(fù)荷所產(chǎn)生的斷裂。這對(duì)于要承受高沖擊負(fù)荷制件是很有必要的?！?.1.3MC尼龍的聚合機(jī)理及聚合過(guò)程中的影響因素MC尼龍合成過(guò)程是屬于陰離子型的催化聚合反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程如下[6]：(1)己內(nèi)酰胺陰離子形成過(guò)程：在氫氧化鈉、金屬鈉等堿性催化劑作用下，己內(nèi)酰胺單體反應(yīng)生成己內(nèi)酰胺鈉鹽，在堿性的反應(yīng)體系里。解離出活性的己內(nèi)酰胺陰離子。圖1-1己內(nèi)酰胺陰離子形成(2)鏈增長(zhǎng)過(guò)程：己內(nèi)酰胺陰離子與單體進(jìn)一步發(fā)生開(kāi)環(huán)親核加成反應(yīng)，形成活性胺陰離子二聚體，活性胺陰離子二聚體快速與己內(nèi)酰胺單體發(fā)生質(zhì)子交換，結(jié)果又生成酰化二聚體，同時(shí)己內(nèi)酰胺陰離子再次生成。圖1-2己內(nèi)酰胺的聚合機(jī)理酰化二聚體帶酰亞胺結(jié)構(gòu)，有非常強(qiáng)的親電性，成為鏈的引發(fā)中心。故陰離子活性是鏈增長(zhǎng)反應(yīng)速率的決定因素。(3)平衡反應(yīng)與結(jié)晶過(guò)程：由于陰離子聚合反應(yīng)是在聚合物熔點(diǎn)以下反應(yīng)，聚合后期反應(yīng)特征是分子量快速增加的同時(shí)伴隨著聚合物結(jié)晶和凝固現(xiàn)象。通常在反應(yīng)中，為了使整個(gè)聚合反應(yīng)可以低溫(120~150℃)下快速完成，直接以帶酰亞胺結(jié)構(gòu)的化合物作為活化劑。同時(shí)，可以通過(guò)改變聚合單體、添加不同結(jié)構(gòu)的助催化劑或催化劑種類(lèi)、增強(qiáng)改性劑，在聚合的過(guò)程中形成不同結(jié)晶形態(tài)MC尼龍，從而得到具有不同性能MC尼龍材料。己內(nèi)酰胺陰離子聚合有兩個(gè)明顯特點(diǎn)[13]：一、活性中心是N-?；说沫h(huán)酰胺鍵；二、是單體陰離子加到活性鏈上面，而不是單體加到活性鏈上。引發(fā)劑濃度的決定著活性度和活化單體的濃度，故反應(yīng)速率取決于堿的濃度大小。又因?yàn)橘|(zhì)子交換反應(yīng)很快，增長(zhǎng)速率與單體完全無(wú)關(guān)，只取決于活化單體的濃度。從反應(yīng)機(jī)理可以看出，想要澆出合格尼龍產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須要控制好兩個(gè)重要因素：一是反應(yīng)溫度，包括模具溫度和反應(yīng)器中的原料的溫度；二是引發(fā)劑和催化劑的濃度。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，必須根據(jù)所需產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，制定出適合的澆鑄工藝和澆鑄方法。MC尼龍的制備是以己內(nèi)酰胺為原料，顆粒狀氫氧化鈉作為催化劑，經(jīng)真空泵脫水反應(yīng)，生成陰離子，然后再加入助催化劑?；瘎瑵踩牒銣氐哪＞咧惺箍焖倬酆戏磻?yīng)而成；在多次實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)使用氫氧化鈉作為催化劑經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)阻聚現(xiàn)象，影響MC尼龍的聚合程度以及MC尼龍板的制備，MC尼龍由于生產(chǎn)周期短，工藝簡(jiǎn)單，成本較低在聚合及生產(chǎn)過(guò)程中存在一定問(wèn)題。針對(duì)這些影響因素要注意一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。（1）阻聚問(wèn)題真空度的影響。因?yàn)镸C尼龍的反應(yīng)是堿催化聚合反應(yīng)，必須確保在無(wú)水的條件下才能進(jìn)行反應(yīng)，因此，脫水是否徹底，將決定著聚合反應(yīng)是否能夠順利進(jìn)行，如果水不能及時(shí)除去，反應(yīng)方向會(huì)逆向進(jìn)行。這就是反應(yīng)過(guò)程不聚合或聚合不完全的原因。生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)不聚合現(xiàn)象的表現(xiàn)是聚合速度緩慢，局部不聚合或聚合不完全，還有就是完全不聚合，其主要原因前者是真空度不夠，后者原因?yàn)榧僬婵?。因此生產(chǎn)中必須要保證真空度足夠。本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的真空度不能低于-0.098Mpa。原料己內(nèi)酰胺的純度的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程所用主要原料己內(nèi)酰胺含有一定雜質(zhì)，遇到空氣難免含有一些水分，而其中的水分對(duì)己內(nèi)酰胺的聚合影響尤其重要，表現(xiàn)為阻聚作用，因此，使用時(shí)必須要把其中水分除掉，故要對(duì)熔融的己內(nèi)酰胺進(jìn)行抽真空處理，這樣可以除去水分。催化劑、助催化劑的影響。加入氫氧化鈉時(shí)會(huì)與己內(nèi)酰胺反應(yīng)有水生產(chǎn)，而顆粒狀氫氧化鈉本身比較容易吸水，一旦反應(yīng)器中的水不能及時(shí)完全除去，就會(huì)出現(xiàn)不聚合現(xiàn)象發(fā)生，因此需要在加入催化劑之后繼續(xù)抽真空處理，是水分得到完全除去。目前一些企業(yè)已改用新型甲醇鈉催化劑[7]，這樣可以有效避免了水的生成，實(shí)際生產(chǎn)效果比之前用氫氧化鈉作催化劑要好。脫水完全的標(biāo)志。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)，下述一些現(xiàn)象標(biāo)志可作為脫水完全與否的相對(duì)判斷控制標(biāo)準(zhǔn)：反應(yīng)器中存在水分時(shí)，“氣”泡是快速上升的小泡，無(wú)水分時(shí)，“氣”泡是相對(duì)緩慢的大泡；有水分時(shí)反應(yīng)器中無(wú)碎瓷片碰撞聲，完全脫水后反應(yīng)器中則有碎瓷片碰撞聲。（2）減磨耐磨問(wèn)題聚酰胺的耐磨性雖然高于其他材料，但是其耐磨性還不能滿(mǎn)足實(shí)際工礦的需求。特別是在一些死角區(qū)出現(xiàn)耐磨性不好磨損率較大的情況。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)于減磨耐磨性的改善的方法是添加石墨石蠟處理。（3）氣孔問(wèn)題。在尼龍澆鑄的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)或大或小的氣孔。氣孔的產(chǎn)生與溫度有一定的關(guān)系，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)容易產(chǎn)生縮孔。為了減少阻聚，根據(jù)溫濕度的變化，本實(shí)驗(yàn)?zāi)ゾ呔酆蠝囟葹?55-160℃。在聚合的物料中容易出現(xiàn)混入易揮發(fā)或易分解物質(zhì)，澆鑄時(shí)產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生氣泡和氣孔[12]?！?.1.4MC尼龍納米材料對(duì)摩擦接觸表面的介紹由實(shí)驗(yàn)制得的MC尼龍納米復(fù)合材料[8、14]，我們要通過(guò)磨損試驗(yàn)機(jī)摩擦實(shí)驗(yàn)對(duì)其耐磨情況的研究，實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)摩擦過(guò)程中扭矩，接觸表面溫度，材料內(nèi)部溫度，室溫，濕度等數(shù)據(jù)的記錄來(lái)分析材料的耐磨情況。轉(zhuǎn)換成摩擦因素和磨損率可以直接明了觀察材料的耐磨性。該摩擦實(shí)驗(yàn)中我們分別研究了合金環(huán)摩擦，鋼絲環(huán)摩擦，油潤(rùn)滑摩擦。合金環(huán)摩擦：裁好尺寸為30*7*6規(guī)格的樣塊與配合磨損試驗(yàn)機(jī)尺寸的合金環(huán)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦。鋼絲環(huán)摩擦：裁好尺寸為30*7*6規(guī)格的樣塊與配合磨損試驗(yàn)機(jī)尺寸的鋼絲環(huán)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦，鋼絲環(huán)需要特殊加工，纏鋼絲等一些工藝。油潤(rùn)滑摩擦：裁好尺寸為30*7*6規(guī)格的樣塊與配合磨損試驗(yàn)機(jī)尺寸的鋼絲環(huán)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦，然后用滴管加入潤(rùn)滑油，間隔四分鐘滴一次，一次5~8滴?！?.2尼龍納米復(fù)合材料的研究背景、現(xiàn)狀及研究意義本課題中尼龍納米復(fù)合材料的填充物即為納米復(fù)合材料。納米材料作為新興的功能材料，因其特殊的效應(yīng)和功能而具有廣闊的應(yīng)用前景[15]。納米復(fù)合材料可以將無(wú)機(jī)材料的剛性穩(wěn)定性、易加工性、熱穩(wěn)定性、介電性、韌性完美的結(jié)合而且涉及到原子物理、膠體化學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表面、界面等多種學(xué)科，在實(shí)際應(yīng)用和理論研究中都有極大的研究?jī)r(jià)值。復(fù)合材料是指把兩種或者兩種以上物質(zhì)融合在一起，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)以得到最大的綜合性能。而納米復(fù)合材料是指分散相有一維小于100Nm的復(fù)合材料，由于納米分散相比表面大和較強(qiáng)的界面作用，納米復(fù)合材料通常表現(xiàn)出和一般宏觀復(fù)合材料不同的綜合性能[16]。因此具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如阻隔性能，電學(xué)磁學(xué)性能。常用于制備仿生材醫(yī)學(xué)材料、高介電材料、耐磨擦磨損材料、敏感材料等。納米單元制備方法種類(lèi)有很多，大體可分為化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法。物理方法有物理氣相沉積法（PVD)、物理粉碎法，化學(xué)法為化學(xué)氣相沉積法(CAD)，物理化學(xué)方法通常用活性氫-熔融金屬法。制備方法中物理粉碎法利用超細(xì)磨制備納米粒子，利用物料與介質(zhì)間的碰撞與摩擦輔以大功率超聲波粉碎，達(dá)到物質(zhì)的微細(xì)化。此法較之簡(jiǎn)便常用，本研究中所用石墨所用此法。隨著廣泛應(yīng)用范圍的增加，當(dāng)進(jìn)行干摩擦?xí)r未經(jīng)改性的尼龍具有較高的摩擦系數(shù)，在潮濕環(huán)境下吸水能力強(qiáng)，使其力學(xué)性能也隨著降低,并存在尺寸穩(wěn)定性不好、低溫韌性較差、彈性模量較高等缺點(diǎn)[17]。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在增韌、減摩、抗靜電、增強(qiáng)等方面對(duì)MC尼龍性能的改進(jìn)研究比較關(guān)注，通過(guò)在尼龍鑄件中添加增強(qiáng)劑以形成復(fù)合材料，其綜合性能遠(yuǎn)超組成它的各單獨(dú)材料，因此也為尼龍復(fù)合材料的研究帶來(lái)了新的機(jī)遇。尼龍改性受關(guān)注度非常高，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)尼龍復(fù)合材料的研究也非常多。對(duì)尼龍復(fù)合材料性能的改性研究，通常是在尼龍的聚合過(guò)程中加入填充物。在國(guó)外的研究中最成功的是日本豐田公司，其制備了PA/MMT納米復(fù)合材料并將其用于紡絲、薄膜包裝材料或制造汽車(chē)配件等。但是國(guó)內(nèi)外對(duì)于高分子納米復(fù)合材料的聚酰胺復(fù)合材料的研究很少，因此本研究課題就具有新穎性和獨(dú)創(chuàng)性，具備一定的研究?jī)r(jià)值[18、19]?！?.3摩擦學(xué)§1.3.1摩擦學(xué)概況摩擦學(xué)一詞派生自希臘字母“Tribes”，意思為“摩擦的科學(xué)”，是一個(gè)新型的詞匯，定義為：“研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面及其有關(guān)的理論和實(shí)踐的一門(mén)科學(xué)技術(shù)?！盵21]1966年2月，英國(guó)教育科研部潤(rùn)滑工程工作組在一份報(bào)告中[22]指出，摩擦學(xué)一詞應(yīng)當(dāng)包括摩擦、潤(rùn)滑和磨損等課題，應(yīng)將過(guò)去各領(lǐng)域孤立、分散開(kāi)展的摩擦、磨損、潤(rùn)滑及其相關(guān)科學(xué)技術(shù)研究綜合為摩擦學(xué)。自此，摩擦學(xué)作為一門(mén)學(xué)科，在近現(xiàn)代的社會(huì)發(fā)展歷程中很快獲得了世人的公認(rèn)。發(fā)展至今日，摩擦學(xué)已經(jīng)成為一門(mén)基于材料物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)及機(jī)械工程等學(xué)科基礎(chǔ)之上，并與醫(yī)學(xué)、建筑學(xué)等其他學(xué)科交叉滲透的新的研究科學(xué)?！?.3.2摩擦學(xué)基本特征摩擦力是每當(dāng)一個(gè)物體沿另一個(gè)物體滑動(dòng)時(shí)總會(huì)受到的運(yùn)動(dòng)阻力，若將兩物體相互壓緊，然后施加一個(gè)平行運(yùn)動(dòng)方向的切向力，那么引起滑動(dòng)所需要的切向力就叫做“靜摩擦力”，維持滑動(dòng)的切向力叫做“動(dòng)摩擦力”，通常情況下，動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力。摩擦學(xué)兩大定律于1699年被提出[23]，第一定律表明，摩擦力與兩接觸體之間的表觀接觸面積無(wú)關(guān)，而第二定律表明，摩擦力與兩物體之間的法向載荷成正比。Coulomb于1785年提出了第三定律，即動(dòng)摩擦力幾乎與滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)，但此定律的適用范圍比前兩定律小些。針對(duì)以上古典摩擦定律，一代代科研工作者進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證，對(duì)摩擦學(xué)的研究也終于是初窺門(mén)徑，創(chuàng)建了眾多適用于不同條件下的摩擦理論，如Bowden和Tabor提出的“粘著摩擦理論”[24]和“微凸體相互作用理論”等。§1.3.3摩擦磨損的影響因素 摩擦、磨損現(xiàn)象是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，然而摩擦、磨損機(jī)理紛繁復(fù)雜，影響因素眾多，任何一項(xiàng)因素參數(shù)的變動(dòng)都可能導(dǎo)致摩擦、磨損性能的急劇變化。材料的摩擦磨損性能是獨(dú)立于材料本身物性參數(shù)之外的一項(xiàng)特性指標(biāo)，它不同于硬度、沖擊強(qiáng)度、吸水性等隸屬于材料的固有屬性，而是材料的固有性能與外界條件的綜合體現(xiàn)，兩者相互影響，若外界條件發(fā)生了變化，材料的摩擦與磨損性能也將隨之而改變[20、25]。第二章實(shí)驗(yàn)部分§2.1實(shí)驗(yàn)材料、試劑及實(shí)驗(yàn)儀器§2.1.1實(shí)驗(yàn)材料與試劑表2-1主要的實(shí)驗(yàn)試劑及藥品原料名稱(chēng)級(jí)別廠家己內(nèi)酰胺（顆粒）工業(yè)級(jí)岳陽(yáng)石化膨脹石墨工業(yè)級(jí)青島海達(dá)固體石蠟工業(yè)級(jí)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉（顆粒）分析純純天津市大茂化學(xué)試劑廠二甲基硅油分析純純天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司丙酮分析純煙臺(tái)市雙雙化工有限公司無(wú)水乙醇分析純天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司§2.1.2主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)備型號(hào)廠家超聲波清洗器KQ3200E型昆山市超聲儀器有限公司數(shù)顯精密增力電動(dòng)攪拌器JJ1A型金壇市雙捷實(shí)驗(yàn)儀器廠馬弗爐KSW-4D-11沈陽(yáng)市節(jié)能電爐廠精密電子天平BT25S型深圳市科銘達(dá)實(shí)業(yè)有限公司恒溫烘箱CN2L-C3(R0型上海精密科學(xué)儀器有限司邵氏橡塑硬度計(jì)LX-D型萊州精益試驗(yàn)儀器有限公司真空泵2XZ-4浙江黃巖真空泵廠數(shù)顯磁力攪拌器98-3型鄭州凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司光學(xué)生物顯微鏡FL-305A江西楓林光學(xué)儀器有限公司磨損試驗(yàn)機(jī)M-2000宣化試驗(yàn)機(jī)廠TES1384輸入溫度記錄器TES1384泰仕電子工業(yè)股份有限公司紅外測(cè)溫儀GM320廣州眾宇旺電子科技有限公司表2-2主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備§2.2納米復(fù)合材料的制備石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合材料的制備（1）實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備固體石蠟：取熔點(diǎn)為48~50℃的固體石蠟。膨脹石墨：膨脹石墨的制取是由鱗片石墨通過(guò)馬弗爐（700~800℃）加熱膨脹制取，具體是每次稱(chēng)取0.3~0.5g鱗片石墨放在坩堝中，然后將坩堝放入事先預(yù)熱好的馬弗爐中，加熱時(shí)間30s左右取出，待膨脹石墨足夠多，將它倒入高速多功能粉碎機(jī)中粉碎時(shí)間為8min。粉碎好后取出倒入200目的篩中篩好，去篩籃下沉的石墨。（2）材料的制備準(zhǔn)備好事先烘干的燒杯，將數(shù)顯恒溫電動(dòng)攪拌水浴鍋中加水至70℃左右，稱(chēng)取固體石蠟與膨脹石墨比例以2.5:1的配比，總質(zhì)量為12.5g（固體石蠟10g，膨脹石墨2.5g）放入干燥燒杯中，然后將燒杯放入事先加熱好的水浴鍋中，是固體石蠟熔化成液體，時(shí)間大概20min。待固體石蠟融化好，開(kāi)啟數(shù)顯恒溫電動(dòng)攪拌水浴鍋中的電動(dòng)攪拌開(kāi)關(guān)攪拌30min，然后取出并迅速用玻璃攪拌棒快速沿一個(gè)方向攪拌，目的是防止石墨下沉，使混合物分散不均勻。這樣石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合材料就制備出來(lái)了。將復(fù)合材料用藥勺和玻璃棒搗碎取出放入物料袋備用?！?.3MC尼龍納米復(fù)合材料的制備本研究實(shí)驗(yàn)?zāi)猃埣{米復(fù)合材料制備過(guò)程中，相變復(fù)合儲(chǔ)熱材料填充的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%和10%，現(xiàn)以制備填充物為10%的固體石蠟（48~50℃）/膨脹石墨相變復(fù)合材料的尼龍納米復(fù)合材料為例詳述其實(shí)驗(yàn)步驟：（1）模具的處理準(zhǔn)備好扳手，擰轉(zhuǎn)螺絲將模具打開(kāi)，用銅鏟把模具里面的附著物鏟干凈。然后用蘸有無(wú)水乙醇的脫脂棉把模具內(nèi)部表面擦拭干凈(一定要擦拭干凈，不然聚合物表面會(huì)凹凸不平的)，擦拭干凈后用,將模具在空氣中放置30min使表面殘留的無(wú)水乙醇揮發(fā)。最后在模具內(nèi)表面涂上一層二甲基硅油以便材料成型時(shí)脫模，將模具用螺絲擰緊（注意擰螺絲時(shí)先擰對(duì)角線(xiàn)的兩個(gè)，然后在擰另外對(duì)角線(xiàn)的兩個(gè)），放入烘箱，模具要放平且澆注口要朝外方便澆注，烘箱加熱至160℃，恒溫保溫。（2）藥品的稱(chēng)量用電子天平稱(chēng)量己內(nèi)酰胺90g，用分析天平稱(chēng)量固體石蠟（48~50℃）/膨脹石墨相變復(fù)合材料5g。將它們依次加入烘干的三口燒瓶?jī)?nèi)（注意往三口燒瓶?jī)?nèi)加原料是小心慢點(diǎn)，防止原料往外掉）。（3）超聲儀器超聲分散將裝有原料的三口燒瓶進(jìn)行超聲分散，首先調(diào)節(jié)好超聲器里面的水溫，使其加熱到70℃，然后找個(gè)鐵架臺(tái)，把三口燒瓶用鐵架臺(tái)加緊使其固定放入超聲器使水沒(méi)過(guò)三口燒瓶。最后開(kāi)啟超聲鍵按鈕進(jìn)行超聲處理60min（注意本實(shí)驗(yàn)使用的超聲器是間隔20定時(shí)的）。超聲時(shí)要將三口燒瓶密封緊，防止水蒸氣進(jìn)入燒瓶?jī)?nèi)。（4）聚合打開(kāi)油浴鍋開(kāi)關(guān)，將油浴鍋加熱至140℃，將三口燒瓶（用干抹布把三口燒瓶底部水擦干凈）放入熱油浴鍋內(nèi)，將一塊磁子放入三口燒瓶?jī)?nèi)，三口燒瓶?jī)蛇叺目谟孟鹉z塞密封緊，另一口與抽真空裝置的冷凝管連接，各接口處都要涂上一層真空脂。旋開(kāi)磁力攪拌器，轉(zhuǎn)至合適的轉(zhuǎn)速，打開(kāi)真空泵（打開(kāi)真空泵前要確保與空氣連接的活塞旋到開(kāi)口處，關(guān)閉真空泵前也要先打開(kāi)旋塞，真空泵注意定時(shí)維護(hù)，更換里面的機(jī)油），140℃油浴下抽真空并攪拌30min，抽真空期間三口燒瓶?jī)?nèi)不斷有氣泡冒出，而且有碎瓶的響聲發(fā)出，打開(kāi)旋塞，關(guān)閉真空泵。稱(chēng)取0.35g氫氧化鈉（注意稱(chēng)取氫氧化鈉是要快速，因?yàn)闅溲趸c有強(qiáng)吸水性，很容易將空氣里的水帶入反應(yīng)器內(nèi)，阻止聚合反應(yīng)發(fā)生程度），加入到三口燒瓶?jī)?nèi)，繼續(xù)抽真空攪拌，這時(shí)要密切注意反應(yīng)裝置的變化，防止冷凝管接口處被賭塞（因?yàn)榧簝?nèi)酰胺的沸點(diǎn)很低，很容易升華附在冷凝管接口處）并在反應(yīng)過(guò)程中用吹風(fēng)機(jī)對(duì)著接口處吹，20min后打開(kāi)旋塞關(guān)閉真空泵。（5）澆注反應(yīng)完成后，用注射器抽取1ml?；瘎═DI），加入到三口燒瓶?jī)?nèi)，停留在油浴鍋中強(qiáng)力攪拌30s，然后取出用毛巾擦干三口燒瓶底部的油，朝一個(gè)方向均勻搖動(dòng)三口燒瓶約20s（要控制好搖動(dòng)時(shí)間，因?yàn)榧簝?nèi)酰胺聚合時(shí)間快，時(shí)間如果控制不好的話(huà)，己內(nèi)酰胺將會(huì)在三口燒瓶?jī)?nèi)聚合，使實(shí)驗(yàn)失敗。），這是需要兩人配合澆注，另一人打開(kāi)事先預(yù)熱好防止模具的烘箱，并安裝好澆注漏斗，通過(guò)漏斗澆注到模具內(nèi)，使其聚合。烘箱160℃下保溫兩小時(shí)。（6）脫模兩小時(shí)到，關(guān)閉烘箱開(kāi)關(guān)停止加熱使其自然冷卻，待冷卻好后將模具取出，準(zhǔn)備好卸模具的工具卸模具，取出尼龍納米復(fù)合材料后（放入樣品袋，貼上標(biāo)簽備用），用酒精銅鏟仔細(xì)清洗模具，待模具清洗干凈后均勻涂上一層二甲基硅油后裝好備用。放入樣品袋，貼上標(biāo)簽，備用?！?.4性能測(cè)試（1）樣品的處理將上述實(shí)驗(yàn)制備好的各比例樣品用鋸子裁成尺寸為30*7*6的規(guī)格，裁好后用粗細(xì)砂紙進(jìn)行表面打磨，表面打磨的方法是先在粗砂紙下面墊一塊玻璃板（確保其接觸表面光滑，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確），樣塊打磨是按照8字形狀打磨，然后在細(xì)砂紙上打磨，同樣在其下面也要墊玻璃板。打磨完成后放入標(biāo)簽帶封好口，待測(cè)。（2）摩擦性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)選用宣化試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，該型號(hào)試驗(yàn)機(jī)加載量程為0~200公斤，分上下兩個(gè)試樣軸，下試樣軸轉(zhuǎn)速分別為200rpm和400rpm,上試樣軸轉(zhuǎn)速分別為180rpm和360rpm，將摩擦試樣A和摩擦配副B分別固定于上下試樣軸，通過(guò)調(diào)節(jié)上下試樣軸的轉(zhuǎn)速，可進(jìn)行各種金屬，非金屬材料的滑動(dòng)、滾動(dòng)、滑動(dòng)滾動(dòng)復(fù)合摩擦，間歇摩擦等多種形式摩擦試驗(yàn)。將打磨完好的樣品通過(guò)磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其扭矩，用紅外測(cè)溫儀測(cè)試鋼環(huán)與樣品接觸面的溫度，用熱電偶記錄樣塊內(nèi)部溫度，每2min記一下數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)研究的是尼龍納米復(fù)合材料的環(huán)境性能適應(yīng)差異，進(jìn)行磨損試驗(yàn)時(shí)，我們使用了三類(lèi)接觸表面不同的環(huán)分別是：合金環(huán)、鋼絲環(huán)，鋼絲滴油潤(rùn)滑環(huán)。環(huán)的類(lèi)型載荷線(xiàn)速度磨損時(shí)間合金鋼環(huán)（半徑20mm）20kg0.86m/s30min合金鋼環(huán)(半徑25mm）20kg1.04m/s30min鋼絲環(huán)（半徑20mm）20kg0.43m/s20min鋼絲環(huán)（半徑20mm）20kg0.86m/s20min鋼絲環(huán)（半徑31mm）20kg0.65m/s20min鋼絲環(huán)（半徑31mm）20kg1.3m/s20min滴油環(huán)（半徑20mm）20kg0.43m/s20min滴油環(huán)（半徑20mm）20kg0.86m/s20min滴油環(huán)（半徑31mm）20kg0.65m/s20min滴油環(huán)（半徑31mm）20kg1.3m/s20min測(cè)試好的扭矩然后通過(guò)μ=F/(R×N)式中F—扭矩，kg/cm；R—鋼環(huán)半徑，cm；N—載荷，kg；計(jì)算摩擦系數(shù)（摩擦系數(shù)取值為摩擦階段內(nèi)穩(wěn)定的平均值）并作圖。實(shí)驗(yàn)測(cè)試完的樣塊用游標(biāo)卡尺測(cè)量其磨痕寬度，記錄數(shù)據(jù)并做柱狀圖。最后將測(cè)得的數(shù)據(jù)與純尼龍樣品作對(duì)比，結(jié)合溫度變化情況分析其摩擦學(xué)性能。第三章結(jié)果與討論§尼龍納米復(fù)合材料摩擦性能的分析（1）GCr15鋼環(huán)摩擦圖3-1填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料摩擦系數(shù)大小的影響上述圖3-1中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與GCr15材質(zhì)的合金鋼環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟、0.86m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為1.04m/s純尼龍、1.04m/s5%石墨石蠟、1.04m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，摩擦因數(shù)呈現(xiàn)兩大類(lèi)情況變化趨勢(shì)到最后都穩(wěn)定不變。0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟和1.04m/s5%石墨石蠟三者摩擦因數(shù)隨摩擦?xí)r間的增加先增加后減小最后趨于穩(wěn)定。0.86m/s10%石墨石蠟、1.04m/s純尼龍1.04m/s10%石墨石蠟三者摩擦因數(shù)隨摩擦進(jìn)行時(shí)間的增加而逐漸增大最后趨于穩(wěn)定。從上述圖中我們可以觀察到當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度不變時(shí)，無(wú)論線(xiàn)速度為0.86m/s還是1.04m/s時(shí)，添加了相變納米材料的樣塊摩擦因數(shù)最后趨于穩(wěn)定值比純尼龍要小，說(shuō)明相變納米材料的添加對(duì)MC尼龍具有明顯的減摩作用。同樣我們從圖從也可以觀察出環(huán)的線(xiàn)速度對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的影響，無(wú)論是對(duì)于5%石墨石蠟還是10%石墨石蠟線(xiàn)速度的改變都會(huì)影響摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度從1.04m/s下降到0.86m/s時(shí)，尼龍、5%石墨石蠟和10%石墨石蠟三者的摩擦因數(shù)下降值約20%~25%。因此我們得出如下結(jié)論，線(xiàn)速度越小，尼龍納米復(fù)合材料摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值就越小。圖3-2填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料磨痕寬度大小的影響上述圖3-2中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料磨痕寬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與GCr15材質(zhì)的合金鋼環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟、0.86m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為1.04m/s純尼龍、1.04m/s5%石墨石蠟、1.04m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，添加石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍有所下降，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度為0.86m/s時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟的磨痕寬度較純尼龍下降了約20%~25%。而當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度為1.04m/s時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟的磨痕寬度較純尼龍下降了約兩倍，可以看出當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度下降時(shí)，添加了石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍有很大程度的提高。（2）1.2mm纏鋼絲環(huán)摩擦圖3-3填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料摩擦系數(shù)大小的影響上述圖3-3中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與45號(hào)鋼材質(zhì)的1.2mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.43m/s純尼龍、0.43m/s5%石墨石蠟、0.43m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟、0.86m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，摩擦因數(shù)呈現(xiàn)兩大類(lèi)情況變化趨勢(shì)到最后都穩(wěn)定不變。0.43m/s純尼龍、0.86m/s純尼龍和0.43m/s5%石墨石蠟三者摩擦因數(shù)隨摩擦?xí)r間的增加先減小后緩慢增大最后趨于穩(wěn)定。0.86m/s5%石墨石蠟、0.43m/s10%石墨石蠟和0.86m/s10%石墨石蠟三者摩擦因數(shù)隨摩擦進(jìn)行時(shí)間的增加而逐漸減小最后趨于穩(wěn)定。從上述圖中我們可以觀察到當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度不變時(shí)，無(wú)論線(xiàn)速度為0.43m/s還是0.86m/s時(shí)，添加了相變納米材料的樣塊摩擦因數(shù)最后趨于穩(wěn)定值比純尼龍要小，說(shuō)明相變納米材料的添加對(duì)MC尼龍的摩擦性能有明顯提高。同樣我們從圖從也可以觀察出環(huán)的線(xiàn)速度對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的影響，無(wú)論是對(duì)于5%石墨石蠟還是10%石墨石蠟環(huán)線(xiàn)速度的改變都會(huì)影響摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值，線(xiàn)速度越小，尼龍納米復(fù)合材料摩擦因數(shù)的穩(wěn)定越小。對(duì)于纏鋼絲環(huán)而言，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度從0.86m/s下降到0.43m/s情況時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵当燃兡猃埓蠛芏啵?%石墨石蠟和10%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵导s為40%~50%，純尼龍變化量不大，因此我們得出如下結(jié)論，鋼絲環(huán)摩擦?xí)r，當(dāng)鋼絲環(huán)的線(xiàn)速度下降時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟所表現(xiàn)出來(lái)的摩擦因數(shù)下降值比純尼龍要明顯多，純尼龍依然維持在一個(gè)大的值。圖3-4填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料磨痕寬度大小的影響上述圖3-4中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料磨痕寬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與45號(hào)鋼材質(zhì)的1.2mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.43m/s純尼龍、0.43m/s5%石墨石蠟、0.43m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟、0.86m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，添加石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍有所下降，但下降的不明顯。當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度為0.86m/s時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟的磨痕寬度較純尼龍下降了約10%。而當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度為0.43m/s時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟的磨痕寬度較純尼龍下降了也差不多10%，可以看出當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度下降時(shí)，添加了石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍減少的不明顯。（3）1.6mm纏鋼絲環(huán)摩擦圖3-5填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料摩擦系數(shù)大小的影響上述圖3-5中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與45號(hào)鋼材質(zhì)的1.6mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.65m/s純尼龍、0.65m/s5%石墨石蠟、0.65m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為1.3m/s純尼龍、1.3m/s5%石墨石蠟、1.3m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，摩擦因數(shù)呈現(xiàn)兩大類(lèi)情況變化趨勢(shì)到最后都穩(wěn)定不變。0.65m/s純尼龍、1.3m/s純尼龍、0.65m/s5%石墨石蠟1.3m/s5%石墨石蠟1.3m/s10%石墨石蠟五者摩擦因數(shù)隨摩擦?xí)r間的增加先減小后緩慢增大最后趨于穩(wěn)定。0.65m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ烈驍?shù)隨摩擦進(jìn)行時(shí)間的增加而逐漸減小最后趨于穩(wěn)定。從上述圖中我們可以觀察到當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度不變時(shí)，無(wú)論線(xiàn)速度為0.65m/s還是1.3m/s時(shí)，添加了相變納米材料的樣塊摩擦因數(shù)最后趨于穩(wěn)定值比純尼龍要小，說(shuō)明相變納米材料的添加對(duì)MC尼龍的摩擦性能有明顯提高。同樣我們從圖中也可以觀察出環(huán)的線(xiàn)速度對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的影響，無(wú)論是對(duì)于5%石墨石蠟還是10%石墨石蠟環(huán)線(xiàn)速度的改變都會(huì)影響摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值，線(xiàn)速度越小，尼龍納米復(fù)合材料摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值越小。對(duì)于纏鋼絲環(huán)而言，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度從1.3m/s下降到0.65m/s情況時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵当燃兡猃埓蠛芏啵?%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵导s2倍，10%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵导s為40%，純尼龍變化量不大，因此我們可以得出如下結(jié)論，鋼絲環(huán)摩擦?xí)r，當(dāng)鋼絲環(huán)的線(xiàn)速度下降時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟所表現(xiàn)出來(lái)的摩擦因數(shù)下降值比純尼龍要明顯多，純尼龍依然維持在一個(gè)大的值。圖3-6填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料磨痕寬度大小的影響上述圖3-6中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料磨痕寬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與45號(hào)鋼材質(zhì)的1.6mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.65m/s純尼龍、0.65m/s5%石墨石蠟、0.65m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為1.3m/s純尼龍、1.3m/s5%石墨石蠟、1.3m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，添加石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍有所下降。當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度為0.65m/s時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟的磨痕寬度較純尼龍下降了約10%。而當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度為1.3m/s時(shí)，5%石墨石蠟和10%石墨石蠟的磨痕寬度較純尼龍下降了約20%，可以看出當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度下降時(shí)，添加了石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍減少的不明顯。（4）1.2mm油潤(rùn)滑鋼絲環(huán)摩擦圖3-7填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料摩擦系數(shù)大小的影響上述圖3-7中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與油潤(rùn)滑45號(hào)鋼材質(zhì)的1.2mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.43m/s純尼龍、0.43m/s5%石墨石蠟、0.43m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟、0.86m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，摩擦因數(shù)變化趨勢(shì)都是隨時(shí)間增加先減小后都穩(wěn)定。從上述圖中我們可以觀察到當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度不變時(shí)，無(wú)論線(xiàn)速度為0.43m/s還是0.86m/s時(shí)，添加了相變納米材料的樣塊摩擦因數(shù)最后趨于穩(wěn)定值和純尼龍相比變化不大，說(shuō)明相變納米材料的添加對(duì)MC尼龍?jiān)谟蜐?rùn)滑情況下的摩擦性能沒(méi)有明顯提高。同樣我們從圖從也可以觀察出環(huán)的線(xiàn)速度對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的影響，無(wú)論是對(duì)于5%石墨石蠟還是10%石墨石蠟環(huán)線(xiàn)速度的改變都會(huì)影響摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值，線(xiàn)速度越小，尼龍納米復(fù)合材料摩擦因數(shù)的穩(wěn)定越小。對(duì)于油潤(rùn)滑纏鋼絲環(huán)而言，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度從0.86m/s下降到0.43m/s情況時(shí)，純尼龍、5%石墨石蠟和10%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵禐?0%左右，比鋼絲環(huán)要小。說(shuō)明油潤(rùn)滑摩擦可以減弱線(xiàn)速度變化帶來(lái)的影響。圖3-8填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料磨痕寬度大小的影響上述圖3-8中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料磨痕寬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與45號(hào)鋼材質(zhì)的1.2mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.43m/s純尼龍、0.43m/s5%石墨石蠟、0.43m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為0.86m/s純尼龍、0.86m/s5%石墨石蠟、0.86m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，添加石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍有所下降，但下降的不明顯。當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度由0.86m/s變化到0.43m/s時(shí)，磨痕寬度減小的不明顯，由此可以得出當(dāng)進(jìn)行油潤(rùn)滑摩擦?xí)r，環(huán)的線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的磨痕寬度沒(méi)有明顯效果。（5）1.6mm油潤(rùn)滑鋼絲環(huán)摩擦圖3-9填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料摩擦系數(shù)大小的影響上述圖3-9中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與油潤(rùn)滑45號(hào)鋼材質(zhì)的1.6mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.65m/s純尼龍、0.65m/s5%石墨石蠟、0.65m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為1.3m/s純尼龍、1.3m/s5%石墨石蠟、1.3m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，摩擦因數(shù)變化趨勢(shì)都是隨時(shí)間增加先減小后都穩(wěn)定。從上述圖中我們可以觀察到當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度不變時(shí)，無(wú)論線(xiàn)速度為0.65m/s還是1.3m/s時(shí)，添加了相變納米材料的樣塊摩擦因數(shù)最后趨于穩(wěn)定值和純尼龍相比變化不大，說(shuō)明相變納米材料的添加對(duì)MC尼龍?jiān)谟蜐?rùn)滑情況下的摩擦性能沒(méi)有明顯提高。同樣我們從圖從也可以觀察出環(huán)的線(xiàn)速度對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的影響，無(wú)論是對(duì)于5%石墨石蠟還是10%石墨石蠟環(huán)線(xiàn)速度的改變都會(huì)影響摩擦因數(shù)的穩(wěn)定值，線(xiàn)速度越小，尼龍納米復(fù)合材料摩擦因數(shù)的穩(wěn)定越小。對(duì)于油潤(rùn)滑纏鋼絲環(huán)而言，當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度從0.86m/s下降到0.43m/s情況時(shí)，純尼龍、5%石墨石蠟和10%石墨石蠟?zāi)Σ烈蛩氐南陆抵禐?0%左右，比鋼絲環(huán)要小。說(shuō)明油潤(rùn)滑摩擦可以減弱線(xiàn)速度變化帶來(lái)的影響。圖3-10填料添加量和環(huán)線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍復(fù)合材料磨痕寬度大小的影響上述圖3-10中為高速干摩擦試驗(yàn)條件下不同比例含量石蠟/膨脹石墨添加和環(huán)的線(xiàn)速度改變量對(duì)復(fù)合材料磨痕寬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)的比較。圖中六個(gè)樣塊都是在材料受到200N載荷與油潤(rùn)滑45號(hào)鋼材質(zhì)的1.6mm鋼絲環(huán)配副的情況下進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)。它們分別是線(xiàn)速度為0.65m/s純尼龍、0.65m/s5%石墨石蠟、0.65m/s10%石墨石蠟和線(xiàn)速度為1.3m/s純尼龍、1.3m/s5%石墨石蠟、1.3m/s10%石墨石蠟?zāi)Σ翖l件的樣塊。從上述圖中我們可以看出，添加石蠟/膨脹石墨相變復(fù)合納米材料的磨痕寬度相比純尼龍有所下降，但下降的不明顯。當(dāng)環(huán)的線(xiàn)速度由1.3m/s下降到0.65m/s時(shí)，磨痕寬度減小的不明顯，由此可以得出當(dāng)進(jìn)行油潤(rùn)滑摩擦?xí)r，環(huán)的線(xiàn)速度改變對(duì)尼龍納米復(fù)合材料的磨痕寬度沒(méi)有明顯效果。(6)磨損形貌（a）純尼龍（b）5%石墨石蠟（c）10%石墨石蠟圖3-11尼龍納米復(fù)合材料在電子生物顯微鏡下的磨損形貌圖圖3-11為不同石墨石蠟填充的尼龍納米復(fù)合材料的在光學(xué)顯微鏡下的磨損形貌。照片（a）為純尼龍的磨損形貌，可以看到表面有黑色的焦熔點(diǎn)，由于高速摩擦下溫度較快集聚易引起材料形變，純尼龍由于耐磨性沒(méi)有那么好，在磨痕處形成焦熔的尼龍碎屑，由于高溫粘在磨痕處形成粘著磨損。從照片（b）和照片（c）來(lái)看磨痕較淺，磨痕表面較為光滑，犁切產(chǎn)生的道狀劃痕較輕微，同時(shí)照片（b）和照片（c）磨痕處出現(xiàn)磨屑的粘連較照片（a）粘連較少，說(shuō)明添加石墨石蠟復(fù)合材料使抗磨性增加。這是因?yàn)樘砑邮灪螅炓环矫媸箯?qiáng)度和剪切強(qiáng)度得以提高，在載荷作用下，與金屬表面接觸時(shí)，填充物阻礙了金屬凸峰的作用，同時(shí)聚酰胺受到填充物的牽連不易解脫；另一方面石墨石蠟是良好的潤(rùn)滑劑，石墨可吸附在磨面上形成轉(zhuǎn)移膜，減少磨損。第四章§結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，尼龍納米復(fù)合材料制備的過(guò)程中，加入石蠟/膨脹石墨納米復(fù)合材料，能夠明顯的改善MC尼龍材料的摩擦學(xué)性能。通過(guò)不同線(xiàn)速度下對(duì)尼龍納米復(fù)合材料環(huán)境摩擦性能測(cè)試，從實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在干磨狀態(tài)下還是在滴油狀況下，尼龍納米復(fù)合材料摩擦系數(shù)都隨著環(huán)線(xiàn)速度的增加而增大，磨痕寬度隨著環(huán)的線(xiàn)速度的增加也增大。當(dāng)環(huán)線(xiàn)速度增大時(shí)，尼龍納米復(fù)合材料的耐磨抗磨性相比純尼龍材料有明顯的改善，磨損程度提高了50%，摩擦因數(shù)提高了75%。在干磨和油潤(rùn)滑摩擦實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較中，干磨時(shí)的磨損寬度比油潤(rùn)滑情況下的磨損率要高，干磨時(shí)其摩擦系數(shù)和磨損率都比油潤(rùn)滑摩擦要高，因此油潤(rùn)滑下摩擦可以改善尼龍納米復(fù)合材料的抗磨性能。另外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素有：（1）相變復(fù)合材料與己內(nèi)酰胺混合的不夠均勻，導(dǎo)致制備的尼龍納米復(fù)合材料中納米材料分散的不均勻，一定程度上影響了材料的摩擦學(xué)性能。（2）磨損試驗(yàn)過(guò)程中，尤其是鋼絲環(huán)摩擦?xí)r不能每次保證鋼絲是新纏繞上去的，這對(duì)摩擦實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性存在一定影響。參考文獻(xiàn)[1]Suck-ChoonKang，Dae-wonchung.Thesynthesisandfrictionalpropertiesoflubricant-impregnatedcastnylons[J].wear,2000,239,244-250[2]王有槐，王新華，朱培．鑄型尼龍實(shí)用技術(shù)[M]．北京：中國(guó)石化出版社，1994：l-200[3](日)福本修編，施祖培譯.聚酰胺樹(shù)脂手冊(cè)[M].第一版．北京：中國(guó)石化出版社，1994[4]樊新民，車(chē)劍飛．工程塑料及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[5]楊柳青．沸石分子篩改性尼龍的研究[D]．山西：太原理工大學(xué)，2004[6]R.S.戴夫，A.c.盧斯編著，方征平，沈烈譯.高分子復(fù)合材料加工工程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004,8-9[7]孫向東，田桂芝，張建中.甲醇鈉催化制取MC尼龍.工程塑料應(yīng)用,2002,(12),24-26[8]孫向東，孫旭東，張慧波．MC尼龍改性研究進(jìn)展[J]．工程塑料應(yīng)用，2003，31(2),59-61[9]黃銳.塑料工程手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.[10]何春霞。幾種工程塑料摩擦磨損性能的分析與比較[J]．工程塑料應(yīng)用，1997，25(6)：42—44．[11]金國(guó)珍．工程塑料[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[12]王有槐，王新華，朱培．鑄型尼龍實(shí)用技術(shù)【M】．北京：中國(guó)石化出版社，1994：l-200[13]劉維城，邵佳敏，陳建定，等．陰離子聚合高粘度尼龍的研究進(jìn)展【J】。工程塑料應(yīng)用，2002，30(4)：56·58[14]張吉林．MC尼龍改性研究進(jìn)展【J】．工程塑料應(yīng)用，1998，26(1)：28．30[15]張立德，牟季美．納米材料和納米結(jié)構(gòu)，北京：科學(xué)出版社，2002：2-5[16]徐國(guó)財(cái)，張立德．納米復(fù)合材料，化學(xué)工業(yè)出版社，2003：2-5[17]柯?lián)P船等.聚合物—無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.[18]李湘湘,李文娟,李篤信.聚酰胺摩擦學(xué)研究.潤(rùn)滑與密封，2010.12,35（12）,107-113[19]孫瑞敏，趙輝，周永恒.聚酰胺亞胺復(fù)合涂層的制備及摩擦磨損性的研究.涂料工程,2014，44（7）,1-12[20]趙源.摩擦、磨損講義[M].武漢:武漢材料保護(hù)研究所,2005.[21]溫詩(shī)鑄,黃平.摩擦學(xué)原理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.[22]H.

Peter

Jost.英國(guó)教育科研部關(guān)于摩擦學(xué)教育和研究的報(bào)告[R].英國(guó):英國(guó)教育科研部,1966.[23]李莉.淺談摩擦學(xué)[J].現(xiàn)代物理知識(shí),2000,12(3):7-11.[24]F.P.Bowden,D.Tabor.TheFrictionandLubricationofSolids[M].OxfordUniversityPress,1964.[25]劉家浚.材料磨損原理及其耐磨性[M].北京:清華大學(xué)出版社,1993.致謝經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師潘老師。潘老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從實(shí)驗(yàn)著手到查閱資料，試驗(yàn)方法的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)性能測(cè)試，寫(xiě)論文等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜煩瑣，但是潘老師仍然細(xì)心地糾正實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤。除了敬佩潘老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。此外，李寧學(xué)長(zhǎng)也給了我很大幫助，在此提出感謝。其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的陳夢(mèng)偉同學(xué)、程強(qiáng)同學(xué)、喬冉冉同學(xué)、李晨亞同學(xué)、王文華同學(xué)、張安同同學(xué)，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中他們給予了我很大的幫助，尤其是陳夢(mèng)偉同學(xué)，在我做實(shí)驗(yàn)及撰寫(xiě)論文的過(guò)程中給予我莫大的幫助，特此提出感謝。然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下化工專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。最后感謝化工學(xué)院和我的母校—河南科技大學(xué)大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。目錄第一章總論 11.1項(xiàng)目名稱(chēng)及承辦單位 11.2研究工作的依據(jù)和范圍 1第二章項(xiàng)目背景及建設(shè)必要性 62.1項(xiàng)目背景 62.2項(xiàng)目建設(shè)必要性 7第三章市場(chǎng)需求分析 103.1市場(chǎng)現(xiàn)狀 103.2市場(chǎng)需求分析 123.3市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與策略分析 15第四章建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案 194.1建設(shè)規(guī)模及內(nèi)容 194.2產(chǎn)品方案 19第五章建設(shè)條件及場(chǎng)址位置 215.1地理位置 215.2自然條件 215.3區(qū)位交通條件 225.4基礎(chǔ)設(shè)施條件 225.5選址優(yōu)勢(shì) 22H