鋼背-碳針織物自潤滑復(fù)合材料襯層傳動螺母制備與性能研究.pdf

1、重載螺旋副是成形裝備重要組成部件，它雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、增力比大的優(yōu)點(diǎn)，但其摩擦損失大、傳動效率低的特點(diǎn)卻嚴(yán)重制約著成型裝備的進(jìn)一步發(fā)展。近年來，隨著各種耐磨減摩材料的涌現(xiàn)，鋼背襯碳纖維自潤滑復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度、易成型、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和摩擦性能等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為重載摩擦副材料的一大發(fā)展方向。
　　目前，由于成型工藝復(fù)雜，碳纖織物成型困難，采用螺旋面織物纖維鋪放工藝制備的鋼背襯碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料螺母，未能在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用

2、;而采用短切纖維完全替代碳纖織物并通過注射成型制備的螺母自潤滑襯層機(jī)械強(qiáng)度欠佳，影響螺母傳動效率。本研究采用螺旋狀單層碳纖維針織物通過半干法整體成形，同時(shí)在環(huán)氧樹脂基體中添加短切碳纖維作為二次增強(qiáng)體以注射成型方式對針織物復(fù)合材料襯層進(jìn)行補(bǔ)膠后高溫固化制備螺母自潤滑襯層。
　　實(shí)驗(yàn)采用的復(fù)合材料試樣配方中環(huán)氧樹脂50％，固化劑12.5％，稀釋劑2.5％，增塑劑5％，二硫化鉬5％，石墨3.25％，滑石粉8.25％，短切碳纖維13.5％

3、。通過對比真空處理及短切纖維對碳針織物復(fù)合材料機(jī)械性能影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，真空處理使其樹脂百分含量提高21.8％，其沖擊強(qiáng)度達(dá)19.6 KJ/m2，相對未真空處理試樣提高9.6％;壓縮強(qiáng)度達(dá)293.4MPa，相對未真空處理試樣提高6.1％，比未添加短切纖維試樣提高11.5％。
　　研究了不同載荷，不同速度和不同潤滑條件下復(fù)合材料摩擦磨損性能。試驗(yàn)證明在兩種潤滑條件下，載荷F=500～2500N范圍內(nèi)摩擦過程經(jīng)歷粘著磨損、粘著磨粒磨

4、損、磨粒磨損和疲勞磨損四個(gè)階段，摩擦系數(shù)均隨載荷增加而降低;載荷F=500～1000N，轉(zhuǎn)速n=150～750r/min時(shí)，復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增加而下降，n=750r/min時(shí)其摩擦系數(shù)均為0.06左右，碳纖維針織物復(fù)合材料在較大摩擦轉(zhuǎn)速條件下仍能保持良好的摩擦性能。通過SEM、EDS圖譜分析表明，F(xiàn)=2000N時(shí)摩擦偶件試環(huán)表面形成一層較薄的復(fù)合材料轉(zhuǎn)移膜，重載工況下表現(xiàn)出優(yōu)良的摩擦磨損性能。在此類復(fù)合材料襯層制品脫模方面，與無

5、脫模劑和潤滑脂為脫模劑復(fù)合材料襯層試樣相比，采用鑄造石蠟為脫模劑試樣脫模力分別下降98.0％和91.6％，而襯層收縮率下降83.8％和62.6％，試樣表面完整，質(zhì)量較好。
　　采用鋼背襯碳纖維針織物復(fù)合材料螺母的注射成型裝置，鑄造石蠟輔助脫模制備了碳纖維針織物增強(qiáng)復(fù)合材料螺母。對比了復(fù)合材料螺母與銅螺母傳動效率，結(jié)果表明這種新型復(fù)合材料螺母具有優(yōu)良的耐磨減摩性能。油潤滑條件下，Q=750N時(shí)，相對銅螺母其當(dāng)量摩擦系數(shù)μf下降25％

6、，傳動效率提高了20％，相對短切纖維注射成型螺母其傳動效率提高56.5％; Q=1200N時(shí)，相對銅螺母其當(dāng)量摩擦系數(shù)μf下降14.3％，其傳動效率亦可提高13.4％，相對短切纖維注射成型螺母提高26.4％。
　　采用碳纖維針織物網(wǎng)狀骨架為增強(qiáng)體，短切碳纖維作二次增強(qiáng)相，以石墨、二硫化鉬、滑石粉等為自潤滑組分，并采用對孔注射補(bǔ)膠成型制備的傳動螺母，在克服了制作工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)同時(shí)不僅提高了其機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度，更保留了承載能力大、摩擦性能