蘭州化物所苛刻條件下聚醯亞胺摩擦性能研究取得系列進展
2020-11-25 中國科學院蘭州化物所苛刻條件下聚醯亞胺摩擦性能研究取得系列進展
2014-12-09 蘭州化學物理研究所
語音播報
聚醯亞胺及其複合物具有良好的機械性能、化學物理性能等，因此在工程領域應用廣泛。然而，在複雜環境中受外部苛刻條件影響，其性能會發生變化，從而影響機械部件的壽命和穩定性，導致機械故障。
中國科學院蘭州化學物理研究所聚合物自潤滑複合材料研究組針對苛刻條件下聚醯亞胺性能的變化進行研究並取得了系列進展。
研究人員合成了一系列不同數均分子量（Mn）的熱固性聚醯亞胺低聚物，並製備了相應交聯後的熱固性聚醯亞胺（TPI），同時還考察了高溫下TPI摩擦性能的變化以及Mn對其摩擦性能的影響。結果表明，在室溫和高轉速下，與熱塑性聚醯亞胺相比，TPI的磨損率較高；然而當溫度升高到300℃時，TPI樣品表現出了良好的摩擦性能，遠優於熱塑性聚醯亞胺。就磨損機制而言，熱塑性聚醯亞胺主要為粘著磨損；而隨著溫度的升高，TPI樣品的磨損機制從疲勞磨損轉變為粘著磨損。室溫下，隨著Mn的增加，TPI磨損機制從輕微粘著磨損轉變為強烈的粘著磨損。高溫下，與TPI-5（Mn：5000）、TPI-7（Mn：7000）和同源熱塑性聚醯亞胺相比，TPI-3（Mn：3000）呈現出了最好的摩擦性能。因此得出結論，聚醯亞胺低聚物中Mn是影響玻璃化轉變溫度、機械和摩擦學性能的重要因素。該研究成果發表在Tribology International(l78(2014)47–59)。
聚醯亞胺在真空中呈現出了良好的摩擦磨損性能。然而，目前為止有關質子輻照深度與磨損機理演變關係方面的報導較少。蘭州化物所研究人員使用地面模擬設備考察了25keV質子照射（注量為2.25×1017 ion/cm2）對聚醯亞胺結構和摩擦性能的影響。結果表明，質子照射（照射深度為514nm）引起鍵斷裂使得聚醯亞胺表面形成了富碳結構，從而增強了聚醯亞胺的表面硬度和表面能，使其變得硬而脆。
通過對經輻照的聚醯亞胺進行摩擦試驗發現，摩擦係數的變化與材料表面息息相關。在摩擦實驗過程中，輻照形成的碳化層在摩擦試驗中被磨穿，所以摩擦過程可分為起始階段和穩定階段。質子輻照提高了起始階段的摩擦係數，降低了穩定階段的摩擦係數。起始階段是輻照形成的碳化層與鋼球的摩擦，摩擦係數較高，磨損機制為粘著磨損。穩定狀態下，被磨損掉的碳層變成磨損碎片，吸附到表面，由於其較高的硬度和較小的尺寸，形成了三體磨粒磨損。三體磨粒磨損和低表面能降低了穩定階段的磨損率和摩擦係數。研究成果發表在Wear(316(2014)30–36)。
以上研究對於擴展聚醯亞胺在苛刻環境中的應用提供了理論指導。工作得到了國家傑出青年科學基金的支持。
質子輻照聚醯亞胺磨損機制演變過程
聚醯亞胺及其複合物具有良好的機械性能、化學物理性能等，因此在工程領域應用廣泛。然而，在複雜環境中受外部苛刻條件影響，其性能會發生變化，從而影響機械部件的壽命和穩定性，導致機械故障。
中國科學院蘭州化學物理研究所聚合物自潤滑複合材料研究組針對苛刻條件下聚醯亞胺性能的變化進行研究並取得了系列進展。
研究人員合成了一系列不同數均分子量（Mn）的熱固性聚醯亞胺低聚物，並製備了相應交聯後的熱固性聚醯亞胺（TPI），同時還考察了高溫下TPI摩擦性能的變化以及Mn對其摩擦性能的影響。結果表明，在室溫和高轉速下，與熱塑性聚醯亞胺相比，TPI的磨損率較高；然而當溫度升高到300℃時，TPI樣品表現出了良好的摩擦性能，遠優於熱塑性聚醯亞胺。就磨損機制而言，熱塑性聚醯亞胺主要為粘著磨損；而隨著溫度的升高，TPI樣品的磨損機制從疲勞磨損轉變為粘著磨損。室溫下，隨著Mn的增加，TPI磨損機制從輕微粘著磨損轉變為強烈的粘著磨損。高溫下，與TPI-5（Mn：5000）、TPI-7（Mn：7000）和同源熱塑性聚醯亞胺相比，TPI-3（Mn：3000）呈現出了最好的摩擦性能。因此得出結論，聚醯亞胺低聚物中Mn是影響玻璃化轉變溫度、機械和摩擦學性能的重要因素。該研究成果發表在Tribology International(l78(2014)47–59)。
聚醯亞胺在真空中呈現出了良好的摩擦磨損性能。然而，目前為止有關質子輻照深度與磨損機理演變關係方面的報導較少。蘭州化物所研究人員使用地面模擬設備考察了25keV質子照射（注量為2.25×1017 ion/cm2）對聚醯亞胺結構和摩擦性能的影響。結果表明，質子照射（照射深度為514nm）引起鍵斷裂使得聚醯亞胺表面形成了富碳結構，從而增強了聚醯亞胺的表面硬度和表面能，使其變得硬而脆。
通過對經輻照的聚醯亞胺進行摩擦試驗發現，摩擦係數的變化與材料表面息息相關。在摩擦實驗過程中，輻照形成的碳化層在摩擦試驗中被磨穿，所以摩擦過程可分為起始階段和穩定階段。質子輻照提高了起始階段的摩擦係數，降低了穩定階段的摩擦係數。起始階段是輻照形成的碳化層與鋼球的摩擦，摩擦係數較高，磨損機制為粘著磨損。穩定狀態下，被磨損掉的碳層變成磨損碎片，吸附到表面，由於其較高的硬度和較小的尺寸，形成了三體磨粒磨損。三體磨粒磨損和低表面能降低了穩定階段的磨損率和摩擦係數。研究成果發表在Wear(316(2014)30–36)。
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