【正文】 s)這個(gè)詞是杜邦公司 在 1956 年推出聚甲醛 (POM)時(shí)開始使 用的 [ 10]。 它沒有特定的定義，但普遍 認(rèn)為 在很多應(yīng)用領(lǐng)域 工程塑料是可 以 代替金屬，能在較長使用時(shí)間 及較寬溫度范圍內(nèi)保持優(yōu)良性能，且 能承受機(jī)械應(yīng)力 作用 及作為結(jié)構(gòu)材料使用的一類塑料 [ 4]。 MC 尼龍作為 工程塑料 的一個(gè)特殊品種 ，它具有很多的優(yōu)點(diǎn) [ 11]： (1) 機(jī)械性能 良 好。 MC 尼龍制品 其特性 機(jī)械強(qiáng)度大，抗沖擊，耐疲勞 ，韌度好。 在其熔點(diǎn) (220℃ )以下 MC 尼龍的 結(jié)晶 是 成型的， 其 分子量大 (高達(dá)7~10 萬 )，因此在 機(jī)械強(qiáng)度 方面 比一般尼龍 (分子量為 1~3 萬 )產(chǎn)品大得多，尤其是其 抗蠕變特性 非常好 ， 所以能長期支撐軸承的重負(fù)載 。 (2) 具有耐磨性和自潤滑性。 MC 尼龍制品 一般 在輕負(fù)荷、低速度情況下使用時(shí)沒必要加潤滑劑。尼龍的磨損特點(diǎn)是在剛開始使用 稍有磨損，以后 就很少磨耗，和金屬材料不一樣，隨著使用時(shí)間的增加，磨損比例也增加 。 (3)噪音 較低。鑄型尼龍的模量比金屬小的 多，對(duì)振動(dòng)衰減率要比鋼大幾十倍， 具有吸音作用 。因此，用鑄型尼龍制作車輪、齒輪時(shí)，噪音 較小，能有效減弱機(jī)械嗓音。 (4) 質(zhì)量 輕，鑄型尼龍的密度 通常 在 ～ ，僅是鋁合金 ()的 2/5，鋼 ()的 1/7，銅 ()的 1/8。由于質(zhì)輕， 在 作為機(jī)械 零件 材料使用時(shí)可以 減少零部件之間不必要的機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)力，也可減小運(yùn)動(dòng)慣性，同時(shí)裝卸和檢修也非常方便 。 (5) 電性質(zhì)。 鑄型尼龍?jiān)?電性能 方面與普通尼龍非常相似，和其它 工程塑料相比， 也沒有特別的優(yōu)勢之處，尤其是吸水率的方 面，所以在高級(jí)電氣制品的制作并不合適，然而正因?yàn)殍T型尼龍擁有吸水性的特點(diǎn)，因此很難帶靜電，這一因素 在塑料中是屬于 比 較特殊的一類。 (6)非粘附性。 MC 尼龍不輕易與其他材料物品粘接 ，可以作 為 提 升槽斗河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 3 3 用途，因此也存在不容易 以找到合適粘結(jié)劑的缺點(diǎn)。 (7) 良好的回彈性。鑄型尼龍制品可以使彎曲曲面 永久 不發(fā)生 變形，這樣 就能保持強(qiáng)韌度以抵抗反復(fù)不斷沖擊負(fù)荷所產(chǎn)生的斷裂。這對(duì) 于 要承受高沖擊負(fù)荷制件是很有 必要的。 167。 尼龍的聚合機(jī)理及聚合過程中的影響因素 MC 尼龍合成過程是屬于陰離子型的催化聚合反應(yīng)，反應(yīng)過程如下 [ 6]： (1)己內(nèi)酰胺陰離子形成過程：在氫氧化鈉、金屬鈉等堿性催化劑作用下，己內(nèi)酰胺單體反應(yīng)生成己內(nèi)酰胺鈉鹽，在堿性的反應(yīng)體系里。解離出活性的己內(nèi)酰胺陰離子。 圖 11 己內(nèi)酰胺陰離子形成 (2)鏈增長過程：己內(nèi)酰胺陰離子與單體進(jìn)一步發(fā)生開環(huán)親核加成反應(yīng)，形成活性胺陰離子二聚體，活性胺陰離子二聚體快速與己內(nèi)酰胺單體發(fā)生質(zhì)子交換，結(jié)果又生成酰化二聚體，同時(shí)己內(nèi)酰胺陰離子再次生成。 圖 12 己內(nèi)酰胺的聚合機(jī)理 ?；垠w帶酰亞胺結(jié)構(gòu)，有非常強(qiáng)的親電性，成為鏈的引發(fā)中心。故陰離子活性是鏈增長反應(yīng)速率的決定因素。 (3)平衡反應(yīng)與結(jié)晶過程：由于陰離子聚合反應(yīng)是在聚合物熔點(diǎn)以下反應(yīng)，聚合后期反應(yīng)特征是分子量快速增加的同時(shí)伴隨著聚合物結(jié)晶和凝固現(xiàn)河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 4 4 象。 通常在反應(yīng)中，為了使 整個(gè)聚合反應(yīng)可以低溫 (120~150℃ )下快速完成 ，直接以帶酰亞胺結(jié)構(gòu)的化合物作為活化劑 。同時(shí)，可以通過改變聚合單體、添加不同結(jié)構(gòu)的助催化劑或催化劑種類、增強(qiáng)改性劑 ，在聚合的過程中形成不同結(jié)晶形態(tài) MC 尼龍，從而 得 到 具有不同性能 MC 尼龍材料 。 己 內(nèi)酰胺陰離子聚合有兩個(gè) 明顯 特點(diǎn) [ 13]：一、活性中心是 N酰化了的環(huán)酰胺鍵；二、是單體陰離子加到活性鏈上 面 ，而不是單體加到活性鏈上。引發(fā)劑濃度 的 決定 著 活性 度 和活化單體的 濃度 ， 故 反應(yīng)速率取決于堿的濃度大小 。 又因?yàn)?質(zhì)子交換反應(yīng)很快，增長速率與單體 完全 無關(guān)， 只 取決于活化單體的濃度。 從反應(yīng)機(jī)理可以看出， 想 要澆出合格 尼龍 產(chǎn)品， 實(shí)驗(yàn)時(shí) 必須要控制好兩個(gè) 重要 因素：一是反應(yīng)溫度， 包括 模具溫度和反應(yīng)器中的 原料的 溫度 ； 二是引發(fā)劑和催化劑的濃度。在實(shí)際生產(chǎn) 過程 中，必須根據(jù) 所需 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，制定出適合的澆鑄工藝和澆鑄方法。 MC 尼龍 的制備是以己內(nèi)酰胺為原料，顆粒狀 氫氧化鈉 作為催化劑，經(jīng)真空泵脫水反應(yīng)，生成陰離子，然后再加入助催化劑?；瘎?，澆 入恒溫的模具中 使 快速聚合 反應(yīng)而成；在多次實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)使用 氫氧化鈉 作為催化劑 經(jīng)常 會(huì) 出現(xiàn)阻聚現(xiàn)象，影響 MC 尼龍的聚合 程度以及 MC 尼龍板的制備， MC尼龍由于生產(chǎn)周期短，工藝簡單，成本較低在聚合及生產(chǎn)過程中存在一定問題。針對(duì)這些影響因素要注意一些關(guān)鍵技術(shù)問題。 （ 1） 阻聚問題 真空度的影響。 因?yàn)?MC 尼龍的 反應(yīng)是堿催化聚合反應(yīng)，必須 確保 在無水的條件下才能進(jìn)行 反應(yīng)，因此，脫水是否徹底 ， 將 決定著聚合反應(yīng)是否能夠 順利進(jìn)行，如果水不能及時(shí)除去，反應(yīng) 方向 會(huì)逆向進(jìn)行。這就是反應(yīng)過程不聚合或聚合不完全的原因。生產(chǎn)過程 中出現(xiàn)不聚合現(xiàn)象的 表現(xiàn)是 聚合速度緩慢，局部不聚合或聚合不完全 ，還有就是 完全不聚合 ，其主要原因前者是真空度不夠，后者原因?yàn)榧僬婵?。因此生產(chǎn)中必須 要保 證 真空度 足夠。本 實(shí)驗(yàn) 過程中的真空度不能 低于 。 原料 己內(nèi)酰胺的純度的影響。實(shí)驗(yàn) 過程所用主要原料己內(nèi)酰胺含有一定雜質(zhì)， 遇到空氣難免含有一些水分 ，而 其中的水分對(duì)己內(nèi)酰胺的聚合 影響尤其重要，表現(xiàn)為 阻聚作用，因此， 使用時(shí) 必須要把 其中 水分除掉，故要對(duì)熔河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 5 5 融的己內(nèi)酰胺 進(jìn)行抽真空處理，這樣可以除 去水分。 催化劑、助 催化劑的影響。加入 氫氧化鈉 時(shí)會(huì)與己內(nèi)酰胺反應(yīng)有水生產(chǎn)，而顆粒狀 氫氧化鈉 本身比較容易吸水 ，一旦 反應(yīng)器中的 水不能及時(shí) 完全 除去，就會(huì)出現(xiàn)不聚合現(xiàn)象 發(fā)生 ，因此需要在加入催化劑 之后繼續(xù)抽真空處理，是水分得到完全除去 。目前一些企業(yè)已改用 新型 甲醇鈉催化劑 [ 7]， 這樣可以有效避免了水的生成，實(shí)際生產(chǎn)效果比之前用氫氧化鈉作催化劑要好 。 脫水完全的標(biāo)志。根據(jù) 實(shí)驗(yàn)過程中積 累的經(jīng)驗(yàn)，下述一些現(xiàn)象標(biāo)志可作為脫水完全 與否的相對(duì) 判斷控制標(biāo)準(zhǔn)：反應(yīng)器中存在 水分時(shí)，“氣”泡是 快速上升的小泡，無 水分時(shí) ， “氣”泡是 相對(duì)緩慢的大泡；有水分時(shí)反應(yīng)器中無碎瓷片碰撞聲，完全脫水 后 反應(yīng)器中則有碎瓷片碰撞聲。 （ 2）減磨耐磨問題 聚酰胺的耐磨性雖然高于其他材料，但是其耐磨性還不能滿足實(shí)際工礦的需求。特別是在一些死角區(qū)出現(xiàn)耐磨性不好磨損率較大的情況。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)于減磨耐磨性的改善的方法是添加石墨石蠟處理。 （ 3）氣孔問題。在尼龍澆鑄的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)或大或小的氣孔。氣孔的產(chǎn)生與溫度有一定的關(guān)系，當(dāng)溫度過高時(shí)容易產(chǎn)生 縮孔。 為了減少阻聚，根據(jù)溫濕度的變化，本實(shí)驗(yàn)?zāi)ゾ呔酆蠝囟葹?155160℃。在聚合的物料中容易出現(xiàn)混入易揮發(fā)或易分解物質(zhì)，澆鑄時(shí)產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生氣泡和氣孔[12]。 167。 尼龍納米材料對(duì)摩擦接觸表面的介紹 由實(shí)驗(yàn)制得的 MC 尼龍納米復(fù)合材料 [ 14]，我們要通過磨損試驗(yàn)機(jī)摩擦實(shí)驗(yàn)對(duì)其耐磨情況的研究，實(shí)驗(yàn)通過對(duì)摩擦過程中扭矩，接觸表面溫度，材料內(nèi)部溫度，室溫，濕度等數(shù)據(jù)的記錄來分析材料的耐磨情 況。轉(zhuǎn)換成摩擦因素和磨損率可以直接明了觀察材料的耐磨性。該摩擦實(shí)驗(yàn)中我們分別研究了合金環(huán)摩擦，鋼絲環(huán)摩擦，油潤滑摩擦。 合金環(huán)摩擦：裁好尺寸為 30*7*6 規(guī)格的樣塊與配合磨損試驗(yàn)機(jī)尺寸的合金環(huán)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦。 鋼絲環(huán)摩擦：裁好尺寸為 30*7*6 規(guī)格的樣塊與配合磨損試驗(yàn)機(jī)尺寸的鋼絲環(huán)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦，鋼絲環(huán)需要特殊加工，纏鋼絲等一些工藝。 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 6 6 油潤滑摩擦：裁好尺寸為 30*7*6 規(guī)格的樣塊與配合磨損試驗(yàn)機(jī)尺寸的鋼絲環(huán)進(jìn)行滾動(dòng)摩擦，然后用滴管加入潤滑油，間隔四分鐘滴一次，一次 5~8滴。 167。 尼龍納米復(fù)合材料的研究 背景、現(xiàn)狀及研究意義 本課題中尼龍納米復(fù)合材料 的填充物即為納米復(fù)合材料。納米材料作為新興的功能材料，因其特殊的效應(yīng)和功能而具有廣闊的應(yīng)用前景 [ 15]。納米復(fù)合材料可以將無機(jī)材料的剛性穩(wěn)定性、 易 加工性 、 熱穩(wěn)定性 、 介電性 、 韌性完美的結(jié)合而且涉及到原子物理、膠體化學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表面、界面等多種學(xué)科，在實(shí)際應(yīng)用和理論研究中都有極大的研究價(jià)值。 復(fù)合材料是 指把兩種或者兩種以上物質(zhì)融合 在一起，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)以得到最大的綜合性能。而納米復(fù)合材料是指分散相有一維小于 100Nm 的復(fù)合材料，由于納米分散相比表面大和較強(qiáng)的界面作用 ，納米復(fù)合材料通常表現(xiàn)出和一般宏觀復(fù)合材料不同的 綜合性能 [ 16]。因此具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如阻隔性能，電學(xué)磁學(xué)性能。常用于制備 仿生材 醫(yī)學(xué)材料、高介電材料、耐磨擦磨損材料、敏感材料等。 納米單元制備方法種類有很多， 大體 可 分為化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法。物理方法有物理氣相沉積法（ PVD) 、 物理粉碎法，化學(xué)法為化學(xué)氣相沉積法 (CAD)， 物理化學(xué)方法通常用活性氫 熔融金屬法。制備方法中物理粉碎法利用超細(xì)磨制備納米粒子，利用物料與介質(zhì)間的碰撞與摩擦輔以大功率超聲波 粉碎，達(dá)到物質(zhì)的微細(xì)化。此法較之簡便常用，本研究中所用石墨所用此法。 隨著 廣泛應(yīng)用范圍的增加 ， 當(dāng)進(jìn)行 干摩擦?xí)r未經(jīng)改性的 尼龍 具有較高的摩擦系數(shù)， 在潮濕環(huán)境下吸水能力 強(qiáng)，使其力學(xué)性能 也隨著 降低 , 并存在尺寸穩(wěn)定性不好 、 低溫韌性較差、 彈性模量較高等缺點(diǎn) [ 17]。 近 些 年來，國內(nèi)外在增韌、減摩、抗靜電、增強(qiáng)等方面對(duì) MC 尼龍 性能的改進(jìn)研究比較關(guān)注 ，通過 在尼龍鑄件中添加增強(qiáng)劑以 形成復(fù)合材料，其 綜合 性能 遠(yuǎn)超 組成它的各單獨(dú)材料， 因此也 為尼龍復(fù)合材料的 研究 帶來了新的 機(jī)遇。尼龍改性受關(guān)注度非常 高，目前 國內(nèi)外對(duì)尼龍復(fù)合材料的研究也非常多 。對(duì)尼龍復(fù)合材料 性河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 7 7 能 的改性研究，通常是在尼龍的聚合過程中加入填充物。在國外的研究中最成功的是日本豐田公司 ，其 制備了 PA/MMT 納米復(fù)合材料并將其用于紡絲、薄膜包裝材料或制造汽車配件等。但是國內(nèi)外對(duì)于高分子納米復(fù)合材料的聚酰胺復(fù)合材料的研 究很少，因此本研究課題就具有新穎性和獨(dú)創(chuàng)性，具備一定的研究價(jià)值 [ 1 19]。 167。 摩擦學(xué) 167。 摩擦學(xué)概況 摩擦學(xué)一詞派生自希臘字母“ Tribes”，意 思為“摩擦的科學(xué)”，是一個(gè)新型 的詞匯，定義為：“研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面及其有關(guān)的理論和實(shí)踐的一門科學(xué)技術(shù)?！?[ 21] 1966 年 2 月，英國教育科研部潤滑工程工作組 在一份 報(bào)告中 [ 22]指出，摩擦學(xué)一詞應(yīng)當(dāng)包括摩擦、潤滑和磨損等課題，應(yīng)將過去各領(lǐng)域孤立、分散開展的摩擦、磨損、潤滑及其相關(guān)科學(xué)技術(shù)研究綜合為摩擦學(xué)。自此，摩擦學(xué)作為一門學(xué)科，在近現(xiàn)代的社會(huì)發(fā)展歷程中很快獲得了世人的公認(rèn)。發(fā)展至今日，摩擦學(xué)已經(jīng)成為一門基于材料物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)及機(jī)械工程等學(xué)科基礎(chǔ)之上，并與醫(yī)學(xué)、建筑學(xué)等其他學(xué)科交叉滲透的新的研究科學(xué)。 167。 摩擦學(xué)基本特征 摩擦力是每當(dāng)一個(gè)物體沿另一個(gè)物體滑動(dòng)時(shí)總會(huì)受到的運(yùn)動(dòng)阻力，若將兩物體相互壓緊，然后施加一個(gè)平行運(yùn)動(dòng)方向的切向力，那么引起滑動(dòng)所需要的切向力就叫做“靜摩擦力”，維持滑動(dòng)的切向力叫做“動(dòng)摩擦力”，通常情況下，動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力。摩擦學(xué)兩大定律于 1699 年 被 提出 [ 23]，第一定律表明，摩擦力與兩接觸體之間的表觀接觸面積無關(guān)，而第二定律表明，摩擦力與兩物體之間的法向載荷成正比。 Coulomb 于 1785 年提出了第三定律，即動(dòng)摩擦力幾乎與滑動(dòng)速度無關(guān)，但此定律的適用范圍比前兩定律小些。針對(duì)以上古典摩擦 定律，一代代科研工作者進(jìn)行了無數(shù)次的試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證，對(duì)摩擦學(xué)的研究也終于是初窺門徑，創(chuàng)建了眾多適用于不同條件下的摩擦理論，如 Bow den 和 Tabor 提出的“粘著摩擦理論” [ 24]和“微凸體相互作用理河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 8 8 論”等。 167。 摩擦磨損的影響因素 摩擦、磨損現(xiàn)象是一種常見現(xiàn)象，然而摩擦、磨損機(jī)理紛繁復(fù)雜，影響因素眾多，任何一項(xiàng)因素參數(shù)的變動(dòng)都可能導(dǎo)致摩擦、磨損性能的急劇變化。材料的摩擦磨損性能是獨(dú)立于材料本身物性參數(shù)之外的一項(xiàng)特性指標(biāo)，它不同于硬度、沖擊強(qiáng)度、吸水性等隸屬于材料的固有屬性，而是材料的固有性能與外界 條件的綜合體現(xiàn)，兩者相互影響，若外界條件發(fā)生了變化，材料的摩擦與磨損性能也將隨之而改變 [ 25]。 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 167。 實(shí)驗(yàn)材料、試劑及實(shí)驗(yàn)儀器 167。 實(shí)驗(yàn)材料與試劑 表 21 主要的實(shí)驗(yàn)試劑及藥品 原料名稱 級(jí)別 廠家 己內(nèi)酰胺（顆粒） 工業(yè)級(jí) 岳陽石化 膨脹石墨 工業(yè)級(jí) 青島海達(dá) 固體石蠟 工業(yè)級(jí) 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 氫氧化鈉（顆粒） 分析純 純 天津市大茂化學(xué)試劑廠 二甲基硅油 分析純