連續(xù)碳纖維增強PI在水傳動設備中的應用優(yōu)勢
水液壓傳動技術以其經(jīng)濟、環(huán)保、安全、衛(wèi)生等優(yōu)勢已廣泛應用于紡織、化工、食品、制藥、消防等行業(yè)中。芳香族聚酰亞胺(PI)材料具有優(yōu)異的耐熱性能和出眾的機械性能,適宜用作水液壓傳動設備中的耐磨損、耐腐蝕的高性能材料。但是,因為大部分的水介質(zhì)存在著電化學腐蝕性強、黏度低、潤滑性差、汽化壓力高、密度和彈性模量大等問題,使水液壓傳動技術的研究和應用面臨著潤滑與密封、摩擦與磨損、腐蝕與氣蝕等關鍵技術障礙,這對PI材料的應用也提出了更高的要求。
為進一步提升PI材料的性能以滿足實際的應用需求,以碳纖維增強的方式成為PI材料提升自身性能的有效方法。例如,通過碳纖維的加入提高PI在海水潤滑條件下的耐磨性能,有相關的實驗證明,隨著碳纖維體積分數(shù)的增加,PI復合材料的抗磨性能呈先增加后減小態(tài)勢,當碳纖維的體積分數(shù)為20%時,PI復合材料的抗磨性能呈現(xiàn)頂峰狀態(tài)。
為什么碳纖維的加入可以有效增強PI復合材料的抗磨性呢?通常情況下,由于水的良好的導熱性,能夠把摩擦產(chǎn)生的熱量及時帶走,使得摩擦熱不易積聚,從而避免了PI復合材料表層的軟化。由于 PI材料的耐磨性不如碳纖維,所以PI會先被磨損掉,使 CF裸露在磨損表面,使裸露的碳纖維承載了主要的載荷,從而抑制了PI基體的磨損。這就是碳纖維的加入使PI復合材料磨損率降低的主要原因。
碳纖維的加入不僅可以降低PI復合材料的磨損率,而且其所形成的磨損狀態(tài)也有所區(qū)別。在海水潤滑下,純的PI的磨損主要表現(xiàn)為黏著磨損和機械犁耕,而碳纖維增強PI復合材料的磨損主要是由基體的磨粒磨損和填料的磨平、折斷造成的。
我們無錫智上新材料的研發(fā)人員在碳纖維增強PI復合材料的產(chǎn)品跟蹤中發(fā)現(xiàn),一旦碳纖維增強PI復合材料產(chǎn)品表面出現(xiàn)不同程度的脫落或者尚未脫落的薄片狀切屑,就會在反復輾壓后形成堆積。類似問題多是由碳纖維和 PI基體之間沒有形成較好的結(jié)合所引起的,這和復合材料的制造工藝及水平有直接關系。一旦基體材料被撕脫后,就會造成碳纖維的裸露,并承擔主要的載荷,碳纖維從而或被磨平,或被折斷,或被拔出。因此,在碳纖維增強PI復合材料,甚至是絕大多數(shù)的碳纖維增強高性能熱塑性復合材料的制作中,都必須重視復合材料界面問題,只要處理好界面問題就能很好地避免上述情況。
尤為重要的是,過去和目前的國內(nèi)市場用于熱塑性復合材料的碳纖維都是非連續(xù)性的,都是以粉末狀態(tài)加入PI等熱塑性基體中的,這就造成了復合材料在剛性及力學強度上的表現(xiàn)不足。我們無錫智上新材創(chuàng)先采用連續(xù)性碳纖維增強PI及其它熱塑性復合材料的方式,不僅對純水液壓傳動技術的發(fā)展有重要的影響,對整個碳纖維增強熱塑性復合材料的應用都有著積極的意義。
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