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软硬纤维增强聚酰亚胺复合材料摩擦学性能研究

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摘 要：聚酰亚胺复合材料由于其较好的自润滑性和可设计性可广泛应用于不同工况条件下的摩擦部件。摩擦过程中，摩擦副接触表面的相互作用显著影响了转移膜的结构及复合材料的摩擦学性能。本工作选择了机械性能区别较大碳纤维和芳纶颗粒作为增强相，系统研究了两种纤维增强聚酰亚胺复合材料在干摩擦和海水润滑条件下的摩擦学性能。利用原位纳米力学测试系统考察了碳纤维和芳纶颗粒的微观摩擦行为和纳米力学性能，结果表明碳纤维的硬度和模量明显高于芳纶颗粒。转移膜的纳米结构和组成表明，碳纤维增强的聚酰亚胺复合材料在干摩擦条件下与铜对偶对摩时，铜表面形成的转移膜更容易被碳纤维破坏，导致严重的摩擦磨损。芳纶颗粒增强的聚酰亚胺复合材料所产生的转移膜结构更均匀，复合材料的摩擦性能较好。润滑条件下，由于海水的存在，削弱了摩擦界面的相互作用，转移膜的结构发生改变，扫描电镜结果发现相对于芳纶颗粒增强的聚酰亚胺，碳纤维增强的聚酰亚胺复合材料所形成的转移膜更能提高复合材料的摩擦学性能。本工作重点揭示了不同工况条件下碳纤维和芳纶颗粒与对偶的界面作用对摩擦界面物理化学行为的影响，阐释了纳米结构转移膜与复合材料摩擦行为的内在联系。