【摘 要】
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航天器的运行精度和服役寿命与材料的结构和特性息息相关,航天轴承一般在高速、高压、高温的环境下服役工作,长时间运行的轴承产生的摩擦磨损已成为轴承失效的主要问题,因此,轴承保持架的选材也十分苛刻。近年来,得益于智能材料的快速发展,自润滑材料的研究引起了众多学者的关注,微胶囊技术和自润滑材料的结合成为复合材料研究热点的问题。本文采用原位聚合法将液体润滑剂等材料封装在脲醛树脂中制备得到多种微胶囊,将其填充
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航天器的运行精度和服役寿命与材料的结构和特性息息相关,航天轴承一般在高速、高压、高温的环境下服役工作,长时间运行的轴承产生的摩擦磨损已成为轴承失效的主要问题,因此,轴承保持架的选材也十分苛刻。近年来,得益于智能材料的快速发展,自润滑材料的研究引起了众多学者的关注,微胶囊技术和自润滑材料的结合成为复合材料研究热点的问题。本文采用原位聚合法将液体润滑剂等材料封装在脲醛树脂中制备得到多种微胶囊,将其填充在环氧树脂与超高分子量聚乙烯中合成了两类新型自润滑复合材料。经摩擦磨损实验结果可知,本文制备的微胶囊型复合材料具有优异的自润滑、自修复特性。通过摩擦过程中液体润滑剂和修复剂的释放,实现润滑减摩的同时,又可避免润滑剂外泄造成的环境污染等问题。主要的工作内容如下:(1)以脲醛树脂微胶囊为研究对象,通过对实验参数:搅拌速率、反应方式及表面分子活性剂种类的调控,考察不同处理方法对微胶囊颗粒直径、分散状态、含油率的影响。结果表明,在润滑剂与修复剂比值为1:1的情况下,采用一步合成法,使用聚乙烯醇乳化并超声处理合成的双功能微胶囊呈单分散性球形颗粒。使用扫描电镜观察到微胶囊大小均匀、结构完好、没有团聚和破损的现象。透射电镜下的球形颗粒有明显的核-壳分界边缘,微胶囊直径分布均匀,通过热失重的实验结果分析得到微胶囊中液体润滑剂和修复剂的装载率可达80%,且红外光谱的结果显示,在微胶囊结构中,同时含有脲醛树脂、润滑油和修复剂三种成分。(2)采用溶胶混合浇筑的方法制备了环氧基复合材料,并采用万能电子试验机、摩擦磨损试验机、三维白光干涉等实验设备测试环氧树脂及复合材料的综合性能。根据结果可知,微胶囊和纳米润滑粒子的加入能有效改善材料的摩擦学特性,且力学性能受影响较小,压缩强度与改性前基本相当,拉伸强度略有下降。在球对块摩擦测试中,微胶囊型复合材料的摩擦系数降低为原材料的7%,复合材料的磨痕更窄、更浅,且具有良好的损伤自修复能力,修复后的材料具有更好的塑性。(3)通过热压烧结的方式制备了液体微胶囊、固体粉末填充的超高分子量聚乙烯复合材料。其中,500万分子量的聚乙烯力学性能表现最优,拉伸和压缩强度数值上较为突出,但微胶囊和其他改性材料的添加会对材料自身的力学性能造成破坏。室温下,采用钢球对聚乙烯块摩擦,添加聚四氟乙烯和石墨烯的复合材料摩擦学性能表现优异,摩擦系数降低为原材料的75%左右。-20℃的环境下,采用聚乙烯球对冰块摩擦,石蜡油微胶囊可有效改善聚乙烯的低温摩擦学性能,且300万分子量聚乙烯填充质量分数为5%的石蜡油微胶囊的复合材料具有极低的摩擦系数。
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