水液压传动技术以其经济、环保、安全、卫生等优势已广泛应用于纺织、化工、食品、制药、消防等行业中。芳香族聚酰亚胺(PI)材料具有优异的耐热性能和出众的机械性能,适宜用作水液压传动设备中的耐磨损、耐腐蚀的高性能材料。但是,因为大部分的水介质存在着电化学腐蚀性强、黏度低、润滑性差、汽化压力高、密度和弹性模量大等问题,使水液压传动技术的研究和应用面临着润滑与密封、摩擦与磨损、腐蚀与气蚀等关键技术障碍,这对PI材料的应用也提出了更高的要求。

      为进一步提升PI材料的性能以满足实际的应用需求,以碳纤维增强的方式成为PI材料提升自身性能的有效方法。例如,通过碳纤维的加入提高PI在海水润滑条件下的耐磨性能,有相关的实验证明,随着碳纤维体积分数的增加,PI复合材料的抗磨性能呈先增加后减小态势,当碳纤维的体积分数为20%时,PI复合材料的抗磨性能呈现顶峰状态。

      为什么碳纤维的加入可以有效增强PI复合材料的抗磨性呢?通常情况下,由于水的良好的导热性,能够把摩擦产生的热量及时带走,使得摩擦热不易积聚,从而避免了PI复合材料表层的软化。由于 PI材料的耐磨性不如碳纤维,所以PI会先被磨损掉,使 CF裸露在磨损表面,使裸露的碳纤维承载了主要的载荷,从而抑制了PI基体的磨损。这就是碳纤维的加入使PI复合材料磨损率降低的主要原因。

       碳纤维的加入不仅可以降低PI复合材料的磨损率,而且其所形成的磨损状态也有所区别。在海水润滑下,纯的PI的磨损主要表现为黏着磨损和机械犁耕,而碳纤维增强PI复合材料的磨损主要是由基体的磨粒磨损和填料的磨平、折断造成的。

      我们无锡智上新材料的研发人员在碳纤维增强PI复合材料的产品跟踪中发现,一旦碳纤维增强PI复合材料产品表面出现不同程度的脱落或者尚未脱落的薄片状切屑,就会在反复辗压后形成堆积。类似问题多是由碳纤维和 PI基体之间没有形成较好的结合所引起的,这和复合材料的制造工艺及水平有直接关系。一旦基体材料被撕脱后,就会造成碳纤维的裸露,并承担主要的载荷,碳纤维从而或被磨平,或被折断,或被拔出。因此,在碳纤维增强PI复合材料,甚至是绝大多数的碳纤维增强高性能热塑性复合材料的制作中,都必须重视复合材料界面问题,只要处理好界面问题就能很好地避免上述情况。

       尤为重要的是,过去和目前的国内市场用于热塑性复合材料的碳纤维都是非连续性的,都是以粉末状态加入PI等热塑性基体中的,这就造成了复合材料在刚性及力学强度上的表现不足。我们无锡智上新材创先采用连续性碳纤维增强PI及其它热塑性复合材料的方式,不仅对纯水液压传动技术的发展有重要的影响,对整个碳纤维增强热塑性复合材料的应用都有着积极的意义。

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