水润滑环境下扶正器尼龙基复合材料及摩擦学性能研究

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在现代采油机械中,零部件磨耗问题一直受到人们的广泛关注。普通的高分子材料已无法满足抽油杆扶正器的使用要求,研究更高性能的复合材料已成为必然。目前有关扶正器材料的研究主要集中于不同添加物改性尼龙材料,鲜有对改性尼龙材料在水环境下摩擦磨损特性及应用价值的研究。因此,开展水润滑环境下尼龙基复合材料及其摩擦学性能的研究具有重要的理论及实际意义。本课题通过熔融共混制备尼龙66/玻纤(GF)复合材料及尼龙66/玻纤/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,研究不同含量的玻纤和PTFE对尼龙基复合材料的吸水性、硬度、压缩性能及水润滑环境下摩擦学性能的影响;对各项性能的实验数据进行回归分析,建立性能的回归模型;借用扫描电镜(SEM)对尼龙基复合材料及配偶副磨损表面形貌进行摩擦学性能表征;分析其在水润滑环境下的磨损机理;探索最佳配比复合材料在不同工况下的摩擦磨损规律。实验结果表明:玻纤及PTFE的添加均能较好的改善复合材料的各项性能。11.7%GF25%PTFE复合材料吸水率最低,为0.632%,较纯尼龙66降低了57%;配比为25%GF的复合材料机械性能最好,压缩强度比纯尼龙66的提高了124%;水环境下10%PTFE/18%GF复合材料的减磨耐磨性能最好,其摩擦系数为0.051,较纯尼龙66的降低了77.8%,磨损率为0.49×10-5mm3·(N·m)-1,比纯尼龙66提高了82%。尼龙基复合材料的磨损机制表现为以磨粒磨损和粘着磨损为主,并伴随有疲劳磨损的产生;水起到了很好地润滑降温作用,PTFE在摩擦过程中形成的转移膜与水润滑膜有效地促进了其减摩耐磨作用;相对于滑动速度,载荷对尼龙基复合材料的摩擦学性能的影响更大。试验结果表明该尼龙基复合材料的适用的工况为中速低载。
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