聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

【摘要】： 聚合物基耐磨复合材料是以热塑性树脂或者热固性树脂为基体,通过添加有机或者无机减磨组分以及抗磨增强组分而呈现良好耐磨性能的。采用聚合物为基体的耐磨复合材料具有减磨自润滑、耐磨、耐腐蚀、减震吸振、降低噪音、相对密度小、比强度和加工简便等系列优良特性,因此作为其它材料的替代产品或者换代产品而获得了越来越广泛的应用。聚四氟乙烯(PTFE)具有最低的摩擦系数,最高的温度使用空间,最低的表面能,在摩擦磨损领域有着特殊的地位。但是PTFE由于耐磨损差、硬度低、耐蠕变性能和导热性能差,限制了它的应用。多年来,人们通过采用各种方法对PTFE进行改性。其中,填充改性成为有效而又方便的方法。通过添加各种不同的填料对PTFE进行改性,改善和克服了其各种性能缺陷,使得其更适合于各种工程应用。 本文以PTFE为基体,选用碳纤维、玻璃纤维和硅灰石三种无机填料分别对PTFE进行填充改性,制备PTFE基耐磨复合材料。选用玻璃纤维/硅灰石和碳纤维/硅灰石,制备纤维/颗粒协同增强PTFE基耐磨复合材料。复合材料的制备工艺是采用干法混合,模压成型,烧结固化。 本文采用MM—200型摩擦磨损实验机研究了无机填料对PTFE摩擦磨损性能的影响,采用XHR—150型塑料洛氏硬度机研究了填料含量对表面硬度的影响,采用金相电子显微镜,电子探针显微镜,扫描电子显微镜对PTFE磨损表面的微观形貌进行观察分析,并探讨其磨损机理。 研究表明:加入适量的碳纤维,玻璃纤维和硅灰石填料可以提高聚四氟乙烯的耐磨性;当无机填料超过一定比例时,耐磨性不再提高,而是出现磨损量增大的现象;另外无机填料的加入增大了聚四氟乙烯的摩擦系数,同时,聚四氟乙烯的表面硬度也会增加。同时加入适量的纤维/硅灰石时,对复合材料起到了协同增强的效果。 本文的研究结果显示:加入40%的玻璃纤维、40%的碳纤维和30%的硅灰石时,可以显著提高复合材料的硬度,降低磨损率,同时,其摩擦系数有所增加。加入20%的玻璃纤维+20%的硅灰石,25%的碳纤维+25%的硅灰石时,也可以显著提高复合材料的硬度,降低磨损率。与纯PTFE相比,PTFE基复合材料的硬度增加了60%左右,磨损率降低了90%左右。 本文通过对试样摩擦磨损表面的形貌观察,发现纯PTFE材料的主要磨损方式为粘着磨损,而通过无机填料的填充改性,复合材料的主要磨损方式为颗粒磨损,伴随着粘着磨损和犁耕磨损。