PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

　　聚四氟乙烯(PTFE)是一种具有极低摩擦因数、耐腐蚀性能优越的自润滑材料,被广泛应用于航空航天及国防工业领域。但是其耐磨性较差,为了更 有效地利用PTFE的滑动特性,更好地发挥其无油润滑、密封性能,大量的无机粒子和纤维材料被用来作为聚合物的改性填料。许多研究表明[1-6],不同种 类的填料对PTFE复合材料的摩擦学性能的影响有着很大的差别,因此填料的选择及其作用机制一直得到摩擦学研究者的普遍重视。本文作者用纳米SiO2、石 墨、玻璃纤维等作为PTFE的改性剂,制备了PTFE复合材料,研究不同改性剂对其摩擦磨损性能的影响。

　　1　试验部分

　　1.1　原材料

　　聚四氟乙烯:粒径20~30μm,济南化工厂生产;

　　纳米SiO2: 20~40 nm, KH2550处理,南京海泰纳米材料有限公司生产;

　　石墨: 1.5~30μm,锦州斌宏隆塑料有限公司生产;

　　玻璃纤维:南京玻璃纤维研究设计院生产。

　　1.2　试样制备

　　PTFE及其复合材料试样由南京玻璃纤维研究设计院制备,工艺流程如下:

　　PTFE+填料→搅拌机混合→预冷压成型→烧结成型→毛坯制品→机加工→打磨→清洗→试样在本试验中,对于材料的选择,作了如下考虑:

　　(1)根据表面化学理论,基体材料的粒度越细,比表面积越大,其吸附能力越强,越容易与相应的填料均匀混合成稳定的混合物。所以本试验选用了颗粒较为细小的PTFE悬浮粉。

　　(2) SiO2是一种硬质化学惰性材料,具有高能表面,且易于用偶联剂处理,是一种被广泛应用于聚合物填充改性的无机填料。

　　(3)石墨是一种理想的润滑材料。石墨填充PTFE可以改善制品的物理力学性能,改善其耐磨性、导热性和导电性。石墨填充PTFE的制品,虽然可保持和提高PTFE的一些性能,但强度下降很大。为了改善这种缺陷,常在其中填充纤维质,进行增强改性[7]。

　　(4)在PTFE中加入玻璃纤维粉,可使填充物间的空隙缩小,制得的材料密实,且制品耐腐蚀、耐磨损。

　　基于以上分析,本文作者选用纳米SiO2、石墨、玻璃纤维作为PTFE的改性材料。试样组成见表1。

　　1.3　摩擦磨损试验

　　采用MM2200型摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,转速为200 r/min,条件为干摩擦滑动,偶件为45#钢环,其表面粗糙度为Ra0.08~0.12μm。测定试样在不同载荷作用下的磨损质量损失(用精度 0.1mg的光电分析天平秤出)及摩擦因数。硬度(HB)测量所用载荷为62.5 N,压头直径为12.7 mm。

　　2　试验结果与讨论

　　2.1　磨损性能分析