芳纶纤维对环氧树脂固体润滑涂层性能的影响

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Influence of Aramid Fibers on Epoxy Resin S0lid Lubricant CoatingsLi Dan Yin Yanguo Liu Yong Xu Changqing(Institute of Tribology，Hefei University of Technology，Hefei Anhui 230009，China)Abstract：The bonded solid lubricant coating containing aramid fibers was prepared by spraying process.The tribotestsof the material was conducted by using the HDM-20 tribometer under dry lubrication conditions.The results show that，un·der dry friction condition，the coating with aramid fiber is benefit for the form of free lubrication coating，and the existing ofaramid could enhance the carrying capacity，SO the aramid coating shows a good performance of friction reducing and anti-adhesion.When the mass ratio between aramid fibers and epoxy resin E54 is 0.02～0.03 at constant load，the aramid coat-ing has the best performance of friction reducing and anti-adhesion。

Keywords：bonded solid lubricating coating；self-lubricating；aramid fiber；friction固体润滑材料因其材料本身或其转移膜的低剪切特性，从而具有优良的抗磨和减摩特性。固体润滑材料通常是以粉末、薄膜、涂敷层或整体材料的形式使用。环氧树脂减摩自润滑涂层是-种常用的黏结固体润滑涂层，在少油或无油润滑等特殊工况条件下得到广泛应用。在具有-系列优点的同时，环氧树脂涂层也存在着机械强度低、抗冲击耐拉伸能力弱等缺点 。环氧树脂复合材料在结构上和环氧树脂减摩自润滑涂层具有很多相似的地方，也存在着机械强度低、抗冲击耐拉伸能力弱等缺点。工业上常采用添加纤维等物质对环氧树脂复合材料进行改性 ，从而改善其强度或耐温性 。

芳纶纤维是-种有机合成纤维，除了具备高强度、高模量外，它还具有良好的稳定性以及防火、耐高温、耐化学腐蚀等性能。因此芳纶纤维常被广泛应基金项目：国家自然科学基金项目 (50975072)。

收稿日期：2012～12-04作者简介：李丹 (1988-)，男，硕士研究生，主要从事复合材料摩擦学特性与机制研究.E-mail：lawlery###126.com。

用于防弹设备、建筑材料、纺织工业、造纸等领域中 。吴炬等人 、马保吉等 利用芳纶纤维对环氧复合材料进行改性，结果表明：加入芳纶纤维后复合材料的强度、耐磨性能都有了显著的提高。关于芳纶纤维在黏结固体润滑涂层中应用的研究还尚不多见，因此本文作者以环氧树脂为黏结剂，以石墨、MoS：为固体润滑剂，以芳纶纤维为改性剂，制备了不同芳纶纤维含量的自润滑涂层；研究其摩擦学特性及规律，探讨芳纶纤维对白润滑涂层性能的影响，为进-步研制开发新型黏结固体润滑涂层提供理论基矗1 试验部分1.1 涂层的配方设计及制备试验所用试样采用在基础配方 (见表1)添加芳纶纤维制备涂料，然后将涂料喷涂于金属板材基体表面，在马弗炉中加热固化获得。芳纶纤维为上海瑞彦经贸有限公司生产，型号为 5011，公称长度 为125 txm。、74 润滑与密封 第38卷表 1 基础配方Table 1 Basic formula g具体制备工艺为：首先把胶黏剂体系各组分及固体润滑组元按比例称量混合均匀，用稀释剂调节到最佳黏稠度获得基础配方；然后将不同含量的芳纶纤维分别加入基础配方中制备涂料，芳纶纤维与环氧树脂E54的质量 (视为 1)比为：0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05，分别编号为0 ～5 涂层；接着用胶体磨对涂料进行研磨处理使涂料分散更均匀；静置-段时间，让其中的空气充分逸出，等待喷涂。对裁剪好的厚度为 1.5 mm，边长为 38 mil的正方形基材进行喷砂处理并清洗、烘干。用喷枪将制备好的涂料喷涂于基体表面；然后在马弗炉中进行加热固化，具体固化工艺路线为：80 oC/60 min-180C/60 min。

1.2 涂层的性能测试摩擦磨损试验在合肥工业大学摩擦学研究所自制的HDM-20型端面摩擦磨损试验机上进行，摩擦副为环-块型接触滑动方式。对磨环材料由45 钢经淬火加低温回火制成，硬度为 HRC43。上试样表面接触尺寸为：内径22 mm，外径30 ITlIn；摩擦磨损试验条件为 ：干摩擦定载荷，载荷固定为 800 N，摩擦线速度为0.4 m/s，试验时间60 min。由试验机自动记录试验过程中的瞬态摩擦因数、摩擦温度等试验数据。本文每个试验结果为3次平行试验结果的平均值。

2 结果与讨论2.1 摩擦性能在定载荷为 800 N、干摩擦条件下，6种不同摩擦副摩擦因数及表面温度的变化曲线分别如图1，2所示。

图1 摩擦副摩擦因数曲线 (800 N)Fig 1 Friction coeficient CUl'Ves of friction pairs(80o N)图2 摩擦副表面温度曲线 (800 N)Fig 2 Surface temperature curves of friction pairs(800 N)从图1可以看出，定载荷试验条件下，几种涂层运行-段时间后，摩擦因数均有逐渐减小并趋于平稳。摩擦因数较小且变化平稳，表明几种涂层均具有较好的减摩自润滑性能。其中不含芳纶纤维的基础配方涂层的摩擦因数相对较大，所体现出的减摩自润滑性能不如其他涂层，试验刚开始时，基础配方涂层的摩擦因数就处在较高的位置，随着试验的进行，其摩擦因数虽然有减小的趋势，但始终大于其余各组涂层相同时期的值。相对应地，基础配方涂层的摩擦温度及温升速率也高于其余各组涂层 (见图2)。因此，与基础配方相比，含有芳纶纤维的涂层具有良好的摩擦学特性，摩擦因数与表面温度较低，并且摩擦因数及温度变化更平稳。

从图1，2中还可以看出，涂层中芳纶纤维的含量对摩擦因数及摩擦温升速度有较大的影响，其中芳纶含量为 E54的 0.02～0.03的 2 、3 两组试样表现出的摩擦学性能最好，而当芳纶含量低于或高于此含量时，涂层的减摩自润滑性能都有所降低。由图2可以看出，不含芳纶纤维的基础配方涂层的表面温升速率最快。在试验的开始阶段，虽然各组涂层温升的起点不同，但含芳纶纤维涂层的摩擦温升速率大致相同，随着试验的进行，含芳纶纤维的各组涂层的摩擦温升速率都有明显减小的趋势。

综合以上分析可以得出，6种涂层表面温升速率与摩擦因数变化曲线有着良好的对应性；在定速定载实验条件下，含有与 E54质量比为0.02-0.03芳纶纤维的涂层表现出较好的摩擦学性能。

2.2 芳纶涂层的作用机制由不同成分构成的黏结固体润滑涂层，虽然在摩擦磨损过程中表现出的总趋势大致相同，但其减摩自润滑效果的变化过程并不完全-样，这与涂层中芳纶纤维的添加有-定的关系。图3示出了基础配方涂层80 润滑与密封 第 38卷(上接第76页)567Ma Yunzhu，Huang Qianfang，Liu Wensheng.Research pro-gress of coatings on fiber-·reinforcements in metal matrix eom-posite [J].Ordnance Material Science and Engineering。

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