風(fēng)電軸承用PP、PU導(dǎo)熱耐磨雙層復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)，高分子材料扮演著越來(lái)越重要的角色。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高分子材料也向著功能化的方向在不斷地發(fā)展，單純的高分子材料已經(jīng)不能滿足人們的生活和生產(chǎn)需要，尤其在某些特殊環(huán)境下使用的高分子材料，必須具備一些更獨(dú)特的性能，其中以塑代瓷、以塑代鋼是高分子材料一種重要的發(fā)展趨勢(shì)。以軸承為例，金屬質(zhì)的軸承材料在露天和水中使用時(shí)存在腐蝕速度加快、更換不便等缺陷。近年來(lái)，對(duì)導(dǎo)熱塑料、耐磨塑料等材料的研究給我們提供了軸承制造的新思路，以聚氨酯（PU）

2、等純聚合物為基體的軸承材料應(yīng)運(yùn)而生，但聚氨酯軸承仍存在性能單一、使用壽命短、耐水性和耐候性差等不足。為此，本文提出了一種新型的雙層復(fù)合輕質(zhì)耐磨軸承的結(jié)構(gòu)和制造方法：以聚丙烯（PP）的共混物為基體，經(jīng)復(fù)配的功能填料導(dǎo)熱改性和增強(qiáng)改性，制備外層軸承材料；以PU為基體，經(jīng)復(fù)配的功能填料導(dǎo)熱改性和耐磨改性，制備內(nèi)層軸承材料；采用共擠成型、注塑成型或離心澆注成型的方式，制造出由可耐磨散熱的內(nèi)層和散熱性好、尺寸穩(wěn)定性高的外層組成的風(fēng)電設(shè)備用輕質(zhì)耐磨

3、軸承。本論文對(duì)風(fēng)電設(shè)備軸承用的內(nèi)、外層復(fù)合材料及軸承制件進(jìn)行了如下研究：
　　1、研究了PP、尼龍（PA）及兩者的共混物作為軸承外層高剛導(dǎo)熱復(fù)合材料基體的加工性能和導(dǎo)熱效果。單一聚合物基體效果不佳，PP與PA共混后可不影響PP加工性能而改善導(dǎo)熱性能，其中質(zhì)量比為2:1的PP/PA6共混物的效果最佳。
　　2、研究了Al2O3、MgO、SiC、AlN、石墨烯微片、石墨及它們的復(fù)配物填充改性對(duì)軸承外層用PP/PA6共混物導(dǎo)熱性能

4、的影響。單一填料改性效果不佳，不同填料復(fù)配改性可獲得導(dǎo)熱效果好和性價(jià)比高的PP/PA6導(dǎo)熱復(fù)合材料，其中質(zhì)量比為1:2的片狀A(yù)l2O3和粒狀A(yù)l2O3復(fù)配物導(dǎo)熱改性效果最好。復(fù)配物經(jīng)偶聯(lián)劑KH570表面處理后進(jìn)一步提高PP/PA6導(dǎo)熱復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。
　　3、研究了碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)改性對(duì)軸承外層PP/PA6/Al2O3復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能的影響，并探討了纖維輔助導(dǎo)熱的原理。兩種纖維改性均能提高復(fù)合材料的力

5、學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，符合Y.Agari導(dǎo)熱機(jī)理，纖維的輔助導(dǎo)熱可能因?yàn)槠湔T導(dǎo)復(fù)合材料基體中的導(dǎo)熱粉體形成了更利于導(dǎo)熱聲子傳導(dǎo)的通道，玻璃纖維的性價(jià)比優(yōu)于碳纖維，其中添加3wt％經(jīng)NaOH溶液（濃度為5%）浸泡處理1h的玻璃纖維增強(qiáng)改性的效果最佳。
　　4、研究了軸承內(nèi)層用熱固性PU合金和熱塑性PU復(fù)合材料的制備方法與性能，并探討了這兩種材料的摩擦磨損機(jī)理。熱固性PU與PMMA形成半互穿網(wǎng)絡(luò)合金后，再進(jìn)一步加入Kevlar纖維和ZnO

6、，可制備力學(xué)性能良好、吸水性低、表面硬度高和耐磨性優(yōu)異的離心澆注用PU/PMMA耐磨復(fù)合材料，當(dāng)添加量PMMA為20wt%、ZnO為2wt%和Kevlar纖維為1wt%時(shí)綜合性能最優(yōu)，材料的磨損機(jī)制表現(xiàn)為磨粒磨損；熱塑性PU與納米ZnO、石墨烯微片、石墨和碳纖維經(jīng)熔融共混，可制備出力學(xué)性能良好、導(dǎo)熱性高和耐磨性良好的擠塑用PU導(dǎo)熱耐磨復(fù)合材料，當(dāng)添加量ZnO為3wt%、石墨烯微片為7wt%和經(jīng)強(qiáng)酸處理的碳纖維為1wt%時(shí)，綜合性能最好，

7、材料的磨損機(jī)制表現(xiàn)為磨粒磨損和粘著磨損。
　　5、研究了風(fēng)電設(shè)備用雙層復(fù)合輕質(zhì)耐磨軸承的成型工藝。注塑成型、共擠成型和離心澆注成型均可制備出合格的軸承制品，其中共擠成型方法效率較高，適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)，離心澆注成型制備的軸承制品耐磨性能較佳，適于對(duì)精度要求高的環(huán)境下使用。
　　6、研究了風(fēng)電設(shè)備用雙層復(fù)合輕質(zhì)耐磨軸承在實(shí)際工況中的磨損狀況。澆注軸承實(shí)際工況中表現(xiàn)優(yōu)異，磨損率最低，磨損機(jī)制主要為磨粒磨損。共擠軸承和注塑軸承的