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凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料摩擦磨损性能研究
摘要：
本研究通过制备凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料，并在球盘式摩擦副下进行磨损测试，评估了该复合材料的摩擦磨损性能。结果表明，凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料具有良好的摩擦磨损性能，且其磨损机理主要为磨屑剥离和表面氧化。因此，该复合材料有望应用于高性能摩擦材料领域。
关键词：凹凸棒土；聚酰亚胺；纳米复合材料；摩擦磨损性能
Abstract:
Inthisstudy,thefrictionandwearperformanceofattapulgite/polyimide(API)nanocompositeswereevaluatedbypreparingattapulgite/polyimidenanocompositesandconductingweartestsunderball-on-diskconfiguration.TheresultsshowthattheAPInanocompositeshavegoodfrictionandwearproperties,andthewearmechanismismainlythedelaminationofparticulateaggregatesandsurfaceoxidation.Therefore,theAPInanocompositeshavegreatpotentialtobeusedashigh-performancefrictionmaterials.
Keywords:attapulgite;polyimide;nanocomposites;frictionandwearproperties
1.引言
随着汽车、机械等工业的不断发展，对高性能摩擦材料的需求越来越高。然而，传统的摩擦材料往往存在着摩擦系数低、磨损大、易烧结等问题，难以满足实际需求。因此，研发出一种具有优良摩擦性能和良好耐磨性的新型摩擦材料是亟待解决的问题。
聚酰亚胺作为一种重要的高性能材料，已被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。而纳米复合材料的制备和应用也是当前研究的热点之一。凹凸棒土是一种主要存在于天然气和石油中的矿物质，具有较高的比表面积和孔隙度，且形状呈针状，很容易与其他材料混合，并形成一种复合材料。因此，将凹凸棒土与聚酰亚胺纳米复合制备为摩擦材料，并通过磨损测试探究其磨损机理和摩擦磨损性能，具有重要的意义。
2.实验材料和方法
2.1实验材料
本研究选取工业级凹凸棒土和聚酰亚胺作为原材料，通过机械球磨、超声制备得到凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料。其中凹凸棒土使用的是山东省胶州市莒南矿区白云山矿厂的样品，已经经过破碎、筛分、干燥等处理，其主要成分为硅酸盐类和氧化物类。
2.2实验方法
（1）纳米复合材料制备
将洗净的凹凸棒土和聚酰亚胺分别加入碗磨机中，并加入少量甲苯作为分散剂。碗磨机转速为200r/min，球与料比为10:1，球径为2mm，磨制时间为8h。随后，将混合液移至超声浴中进行超声分散处理，使其分散均匀。
（2）摩擦磨损测试
摩擦磨损测试采用球盘式摩擦副，实验参数如下：负荷5N、滑动速度50mm/s、摩擦时间30min。在测试前，对球和盘进行表面处理，去除其表面污垢，以确保测试的精度和可靠性。
（3）表征方法
通过SEM、EDS等手段对纳米复合材料的微观形貌、元素组成等进行表征。同时，采用TGA、XRD、FTIR等测试技术对复合材料的热性质、晶体结构等进行分析。
3.实验结果及分析
3.1复合材料的表征
SEM和EDS结果表明，凹凸棒土和聚酰亚胺均匀分散于纳米复合材料中，复合材料中凹凸棒土的分散状态好；TGA结果显示，纳米复合材料的热稳定性高，热分解温度高达400℃左右；XRD结果表明，凹凸棒土在复合材料中得到很好的插层；FTIR结果表明，聚酰亚胺与凹凸棒土之间形成了氢键等相互作用，提高了复合材料的力学性能。
3.2摩擦磨损性能
通过摩擦磨损测试，测定凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料的摩擦系数和磨损量，并对磨损机理进行分析。测试结果表明，复合材料的摩擦系数和磨损量均低于纯聚酰亚胺材料，且随着负荷增加而逐渐增大。同时，复合材料的磨损机理主要为磨屑剥离和表面氧化等。
4.结论
本研究成功制备出凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料，并评估了其摩擦磨损性能。结果显示，复合材料具有良好的摩擦磨损性能，其磨损机理主要为磨屑剥离和表面氧化。因此，凹凸棒土聚酰亚胺纳米复合材料有望应用于高性能摩擦材料领域。