采用原位聚合法制备出厚度约为100μm 的聚酰亚胺薄膜,激光熔融法在薄膜表面刻蚀出不同形状的表面织构。研究表面织构对聚酰亚胺薄膜力学性能及摩擦学性能的影响。测试了不同形式的织构对超声电机机械输出性能的影响。结果表明,织构的存在,使得薄膜的拉伸强度有所降低;摩擦系数降低,且摩擦系数更加稳定,磨损率有所降低,使得超声电机机械输出性能更加稳定。
超声电机是一种新型微型电机,其工作原理是利用压电材料的逆压电效应,激发弹性体(定子)在超声频段内的微幅振动,并依靠定子和转子之间的摩擦作用来驱动转子运动 。由于超声电机通过摩擦界面传输动力,所以定、转子之间的摩擦特性就决定了电机的输出性能。超声电机对摩擦材料的要求是摩擦材料具有合适的摩擦因数和较低的磨损,抗热衰退强及接触变形特性,同时要求摩擦材料具有一定的变形能力,以利于有效地传递能量。
聚酰亚胺(PI)材料有着优异的性能,如耐高低温性、高绝缘性、高的耐磨性能等,被广泛应用于航空材料、仪表设备、耐磨材料等。作为高性能的摩擦材料,聚酰亚胺已经被成功应用于超声电机摩擦材料。Rehbein 等制备出聚酰亚胺-碳纤维材料,在高频振动条件下测得材料具有较高的润滑性能及磨损寿命。南京航空航天大学的赵盖等通过热烧结法制备出组分优化的聚酰亚胺材料作为转子摩擦材料,结果表明聚酰亚胺材料提高了超声电机的使用寿命、能量传递效率、运行稳定性以及可靠性。聚酰亚胺薄膜作为聚酰亚胺材料的一种,同样具有较高的摩擦学及耐高低温性能。但是纯的聚酰亚胺薄膜往往难以满足较复杂的工况系统,所以必须对其改性处理。
表面织构化作为一种可以显著提高表面摩擦学性能的方法,已得到国内外科学技术工作者的广泛关注。表面织构改善摩擦学性能的影响取决于织构的形状、密度、深度。表面织构的制备方法包括光刻技术、激光毛化和精确加工到几个微米的三维控制。Andersson 等采用激光烧蚀抛光技术,在钢表面制备并考察了织构对表面润滑行为的影响,研究发现,织构的存在极大地减小了表面摩擦,降低了磨损率。
研究结论：
(1)超声电机用聚酰亚胺薄膜具有良好的力学及耐热性能。
(2)经过表面织构化的薄膜有着良好的摩擦学性能,即低的摩擦系数和磨损率,是一种理想的超声电机摩擦材料。
(3)综合聚酰亚胺薄膜的力学、热学、摩擦学性能及超声电机特性来说,表面为圆孔型的聚酰亚胺薄膜是超声电机较好的摩擦材料。
