風電軸承用PP、PU導熱耐磨雙層復合材料的制備與研究.pdf

1、當今社會，高分子材料扮演著越來越重要的角色。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高分子材料也向著功能化的方向在不斷地發(fā)展，單純的高分子材料已經(jīng)不能滿足人們的生活和生產(chǎn)需要，尤其在某些特殊環(huán)境下使用的高分子材料，必須具備一些更獨特的性能，其中以塑代瓷、以塑代鋼是高分子材料一種重要的發(fā)展趨勢。以軸承為例，金屬質(zhì)的軸承材料在露天和水中使用時存在腐蝕速度加快、更換不便等缺陷。近年來，對導熱塑料、耐磨塑料等材料的研究給我們提供了軸承制造的新思路，以聚氨酯（PU）

2、等純聚合物為基體的軸承材料應(yīng)運而生，但聚氨酯軸承仍存在性能單一、使用壽命短、耐水性和耐候性差等不足。為此，本文提出了一種新型的雙層復合輕質(zhì)耐磨軸承的結(jié)構(gòu)和制造方法：以聚丙烯（PP）的共混物為基體，經(jīng)復配的功能填料導熱改性和增強改性，制備外層軸承材料；以PU為基體，經(jīng)復配的功能填料導熱改性和耐磨改性，制備內(nèi)層軸承材料；采用共擠成型、注塑成型或離心澆注成型的方式，制造出由可耐磨散熱的內(nèi)層和散熱性好、尺寸穩(wěn)定性高的外層組成的風電設(shè)備用輕質(zhì)耐磨

3、軸承。本論文對風電設(shè)備軸承用的內(nèi)、外層復合材料及軸承制件進行了如下研究：
　　1、研究了PP、尼龍（PA）及兩者的共混物作為軸承外層高剛導熱復合材料基體的加工性能和導熱效果。單一聚合物基體效果不佳，PP與PA共混后可不影響PP加工性能而改善導熱性能，其中質(zhì)量比為2:1的PP/PA6共混物的效果最佳。
　　2、研究了Al2O3、MgO、SiC、AlN、石墨烯微片、石墨及它們的復配物填充改性對軸承外層用PP/PA6共混物導熱性能

4、的影響。單一填料改性效果不佳，不同填料復配改性可獲得導熱效果好和性價比高的PP/PA6導熱復合材料，其中質(zhì)量比為1:2的片狀Al2O3和粒狀Al2O3復配物導熱改性效果最好。復配物經(jīng)偶聯(lián)劑KH570表面處理后進一步提高PP/PA6導熱復合材料的力學性能和導熱性能。
　　3、研究了碳纖維和玻璃纖維增強改性對軸承外層PP/PA6/Al2O3復合材料的導熱性能和力學性能的影響，并探討了纖維輔助導熱的原理。兩種纖維改性均能提高復合材料的力

5、學性能和導熱性能，符合Y.Agari導熱機理，纖維的輔助導熱可能因為其誘導復合材料基體中的導熱粉體形成了更利于導熱聲子傳導的通道，玻璃纖維的性價比優(yōu)于碳纖維，其中添加3wt％經(jīng)NaOH溶液（濃度為5%）浸泡處理1h的玻璃纖維增強改性的效果最佳。
　　4、研究了軸承內(nèi)層用熱固性PU合金和熱塑性PU復合材料的制備方法與性能，并探討了這兩種材料的摩擦磨損機理。熱固性PU與PMMA形成半互穿網(wǎng)絡(luò)合金后，再進一步加入Kevlar纖維和ZnO

6、，可制備力學性能良好、吸水性低、表面硬度高和耐磨性優(yōu)異的離心澆注用PU/PMMA耐磨復合材料，當添加量PMMA為20wt%、ZnO為2wt%和Kevlar纖維為1wt%時綜合性能最優(yōu)，材料的磨損機制表現(xiàn)為磨粒磨損；熱塑性PU與納米ZnO、石墨烯微片、石墨和碳纖維經(jīng)熔融共混，可制備出力學性能良好、導熱性高和耐磨性良好的擠塑用PU導熱耐磨復合材料，當添加量ZnO為3wt%、石墨烯微片為7wt%和經(jīng)強酸處理的碳纖維為1wt%時，綜合性能最好，

7、材料的磨損機制表現(xiàn)為磨粒磨損和粘著磨損。
　　5、研究了風電設(shè)備用雙層復合輕質(zhì)耐磨軸承的成型工藝。注塑成型、共擠成型和離心澆注成型均可制備出合格的軸承制品，其中共擠成型方法效率較高，適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)，離心澆注成型制備的軸承制品耐磨性能較佳，適于對精度要求高的環(huán)境下使用。
　　6、研究了風電設(shè)備用雙層復合輕質(zhì)耐磨軸承在實際工況中的磨損狀況。澆注軸承實際工況中表現(xiàn)優(yōu)異，磨損率最低，磨損機制主要為磨粒磨損。共擠軸承和注塑軸承的