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随着航空航天高科技和海洋勘探等工业领域摩擦学的迅速发展,极端条件下的摩擦学问题越来越迫切需要解决。我国幅员广阔,地域条件和气候类型复杂多样,所以不同地域环境的湿度相差较大,而同一地域在不同季节中的湿度也是不尽相同。由于水汽对金属材料具有腐蚀作用,大量具有优异性能的高分子复合材料已经被广泛应用在潮湿环境和水环境,逐渐实现“以塑代钢”。因此,对不同湿度环境中的高分子复合材料进行摩擦学性能的研究具有重要的实际和理论意义。 课题以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,纳米氧化镧(nano-La2O3)和纳米蛇纹石(nano-Serpentine)为添加剂,系统研究两种填充材料质量百分比和环境相对湿度百分比三个影响因素对PTFE基复合材料在不同湿度环境中的吸湿性、力学性能及摩擦学性能的影响。采用均匀设计法得到10组混合水平的复合材料实验方案,按照实验方案制备不同水平的PTFE基复合材料,并分别在不同的湿度环境下进行吸湿性、力学性能及摩擦学性能实验;对实验数据进行多元线性回归,得到相应的回归模型并对其进行可行性验证;基于上述研究结果,进一步探索不同工况(接触载荷、滑动速度)下最佳配比PTFE基复合材料的摩擦学性能;利用扫描电镜(SEM)对复合材料及其金属配偶件磨损后的表面形貌进行摩擦学试验评价,并对其在不同湿度环境下的摩擦磨损机理进行分析。 试验结果表明:三种影响因素中,纳米蛇纹石对PTFE基复合材料的吸湿性、邵氏硬度和拉伸强度影响最大;纳米氧化镧对PTFE基复合材料摩擦系数和磨损率影响最大;环境相对湿度对上述性能的影响均最小。利用MATLAB对各个回归方程进行最优化求解,通过对比确定PTFE基复合材料综合性能最优的实验方案。分析认为:随着填充含量的增加,PTFE基复合材料的磨损机理逐步由黏着磨损和切削磨损转变为磨粒磨损,上述的PTFE基复合材料的磨损形式正处于转变期;环境相对湿度为43%时复合材料磨损率最小,说明中等程度的环境湿度主要起到润滑的作用。相对于接触载荷,滑动速度对PTFE基复合材料摩擦学性能影响更大。试验结果表明,较高载荷及较低转速为该复合材料的最佳适用工况。