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纳米石墨复合改性聚酰亚胺的摩擦学研究

聚酰亚胺及其复合材料具备质轻、耐热、耐腐蚀、高强度以及优异的自润滑特性，在工程摩擦学领域应用越来越广泛。本文以高Tg热塑性聚酰亚胺（PI）为基体，加入纳米石墨（NG）减摩填料，通过热压成型工艺制备高性能工程塑料减摩件（NG-PI）。用Rtec点接触往复摩擦磨损试验机，研究了1-10wt%NG-PI的摩擦磨损性能。同时，测试了NG-PI复合材料的耐热性以及压缩/拉伸力学性能。综合摩擦学和机械性能实验结果，NG-PI复合材料的减摩粒子最佳含量为5wt%，相对于纯PI，5wt%NG-PI复合材料的摩擦系数和磨损率分别降低了55.63%和97.39%。为了研究不同工况下NG-PI复合材料的摩擦表现，设计实验条件摩擦速度48-192mm/s和法向载荷30-120N，探索纯PI 和5wt%NG-PI复合材料的摩擦系数和磨损率的规律性变化情况。实验结果显示，5wt%NG-PI复合材料的摩擦系数随载荷变化符合粘塑性变化规律，随摩擦速度线性增长。磨损率随载荷升高先减小后增大，随摩擦速度缓慢降低。5wt%NG-PI复合材料与未经改性的纯PI材料的摩擦学变化规律与基本一致。磨损机理通过扫描电镜及其配置的元素能谱分析仪，以及红外和拉曼光谱分析仪进行表征。NG-PI复合材料的磨损机理由纯PI材料的黏着和疲劳磨损逐渐转变为磨粒磨损。本工作以纳米级填料为减摩材料，在机械性能和耐热性变化不大的前提下，显著的提高了纯PI的减摩抗磨性能，为进一步拓展高性能工程塑料的应用提供了新的思路。