蔡先彬 劉秀波（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇蘇州 215000）

聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究

蔡先彬 劉秀波（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇蘇州 215000）

聚合物基耐磨復(fù)合材料將熱塑性樹(shù)脂等作為基體，向其內(nèi)部添加一些有機(jī)或者無(wú)機(jī)減磨組分等，提升其耐磨性。應(yīng)用聚合物組合基體的耐磨復(fù)合材料，能夠起到減磨自潤(rùn)滑、耐磨以及耐腐蝕等方面的作用。聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)最低，同時(shí)擁有最高溫度使用空間，表面能也最低，因此，它在摩擦磨損的領(lǐng)域之內(nèi)擁有較為特殊的位置。本文主要以聚四氟乙烯為基體，應(yīng)用MM-200型摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，研究無(wú)填料給聚四氟乙烯摩擦磨損性帶來(lái)的影響。應(yīng)用XHR-150型塑料洛氏硬度機(jī)研究填料含量給表明硬度帶來(lái)的影響。

聚四氟乙烯；復(fù)合材料；摩擦磨損性能

聚四氟乙烯具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性以及摩擦因數(shù)低等方面的優(yōu)勢(shì)，是應(yīng)用最為廣泛的自潤(rùn)滑材料。在當(dāng)前的很多產(chǎn)業(yè)部門(mén)中，擔(dān)任著重要材料一角色。但是需要注意的是，聚四氟乙烯也存在著一定的缺點(diǎn)，如它的硬度過(guò)低、磨損率比較高等等，這些缺點(diǎn)的存在，限制了聚四氟乙烯的使用。本文采用MM-200型摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)研究了填料填充的聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦與磨損性，這在材料結(jié)構(gòu)使用方面有著重要的意義。

1 試驗(yàn)分析

首先，在原料選用方面，要確保所選用的聚四氟乙烯粉料密度為2.2g/cm3。同時(shí)也要確保玻璃纖維、碳纖維以及石墨等為200目。

其次，需要在樣品制備方面著手，將預(yù)先稱量好的聚四氟乙烯粉料與填料混合后，實(shí)施冷壓成型工作，之后將其放置在溫度在370±5℃的模具當(dāng)中，快速進(jìn)行加壓，直至150MPa左右，在此壓力狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)，時(shí)間保持在2小時(shí)左右。燒結(jié)后進(jìn)行冷卻工作，冷卻溫度在100℃以下的時(shí)候，將樣品取出進(jìn)行自然冷卻，與室溫適應(yīng)后制成各種試樣。

最后，實(shí)施測(cè)試工作。測(cè)量摩擦因數(shù)以及磨損量主要在MPV-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上實(shí)施［1］。需要注意的是在每次試驗(yàn)之前，要應(yīng)用丙酮棉球?qū)悠愤M(jìn)行擦洗。最后，對(duì)負(fù)荷以及速度給聚四氟乙烯帶來(lái)的摩擦磨損性能影響進(jìn)行了分析。

2 試驗(yàn)部分過(guò)程以及結(jié)果分析

首先，填料給聚四氟乙烯摩擦磨損性能帶來(lái)的影響分析。本文中的摩擦試驗(yàn)條件為：速度2米每秒，負(fù)荷是200N，試驗(yàn)時(shí)間為30分鐘，試驗(yàn)中主要研究石墨、玻璃纖維以及碳纖、MoS2填料給聚四氟乙烯摩擦與磨損性帶來(lái)的影響。

在耐磨性方面的影響。通過(guò)試驗(yàn)表明，經(jīng)填料后，聚四氟乙烯的耐磨性能夠被大幅度提升。在填料含量達(dá)到15%的時(shí)候，聚四氟乙烯的磨損量會(huì)有所下降，下降為2個(gè)數(shù)量級(jí)，這四中填料中，玻璃纖維具有最佳的減磨效果，而MoS2的減磨效果是四種填料中最差的填料，這表明硬質(zhì)剛性填料的效果要優(yōu)于軟質(zhì)填料的效果。這主要是由于在聚四氟乙烯中，適量的無(wú)機(jī)填料起著剛硬支撐點(diǎn)的作用，這與“物理交聯(lián)”較為相像，組織聚四氟乙烯中帶狀結(jié)構(gòu)被大面積的破壞，使得聚四氟乙烯由純大片狀磨損，變成復(fù)合材料的小磨損。除此之外，在聚四氟乙烯不斷磨損之下，填料會(huì)在磨損的表面富積，有支撐負(fù)荷的作用，并且在正壓力作用之下，一部分富積填料中的顆粒會(huì)被重新的嵌入到聚四氟乙烯基體當(dāng)中，這在一定程度上降低了聚四氟乙烯受到直接磨損的機(jī)會(huì)，從而實(shí)現(xiàn)有效提升材料耐磨性的目的。實(shí)驗(yàn)表明，填料的剛性不斷提升，那么它所產(chǎn)生的“物理交聯(lián)”反應(yīng)就會(huì)越強(qiáng)，所以在這四種填料當(dāng)中，玻璃纖維具有最佳的減磨效果，MoS2所具備的減磨效果是最差的。

其次，在摩擦因數(shù)方面，本次試驗(yàn)中表明，玻璃纖維與碳纖維的添加能夠給摩擦因數(shù)帶來(lái)較大的影響，摩擦因數(shù)會(huì)不斷增加，其原因在于摩擦表面所富積的玻璃纖維與碳纖維無(wú)自潤(rùn)滑的作用［2］；石墨會(huì)降低聚四氟乙烯的摩擦因數(shù)，主要是因?yàn)槭且环N較好的固體潤(rùn)滑劑，它具有很低的摩擦因數(shù)，并且在復(fù)合材料摩擦過(guò)程中，可以在聚四氟乙烯摩擦表明產(chǎn)生相應(yīng)的富積，使之形成潤(rùn)滑膜，為此聚四氟乙烯的摩擦因數(shù)會(huì)被降低。但是如果石墨添加量到了15%的時(shí)候，那么摩擦表面的石墨潤(rùn)滑膜就會(huì)產(chǎn)生，繼續(xù)添加石墨計(jì)量的話，聚四氟乙烯的摩擦因數(shù)就會(huì)向穩(wěn)定值方面增長(zhǎng)，并且逐漸穩(wěn)定下來(lái)。MoS2對(duì)聚四氟乙烯摩擦因數(shù)有著較小的影響，摩擦因數(shù)僅僅小幅度的提升。其原因在于MoS2屬于一種較好的固體潤(rùn)滑劑，它自身的摩擦因數(shù)高于聚四氟乙烯摩擦藝術(shù)，所以它的添加只能小幅度的改變摩擦因數(shù)。

最后，試驗(yàn)結(jié)論：本文中所使用的四種填料均能提升聚四氟乙烯的耐磨性在填料含量達(dá)到一定數(shù)額的時(shí)候，聚四氟乙烯的磨損量會(huì)降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。并且玻璃纖維具有最好的減磨效果。而MoS2的減磨效果較差，表明硬質(zhì)剛性填料的減磨效果優(yōu)于軟質(zhì)填料的減磨效果［3］。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)試驗(yàn)的形式，分析了聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦磨損性能，通過(guò)分析明確聚四氟乙烯受到添加料的影響較大，石墨、玻璃纖維以及碳纖、MoS2這四種填料之中，石墨、玻璃纖維給聚四氟乙烯帶來(lái)的影響比較大，四種填料均能提升聚四氟乙烯的耐磨性，但是受到自身特性的影響，四種填料在聚四氟乙烯中所產(chǎn)生的作用是不同的。

［1］楊東亞，王月，龔俊等.聚苯硫醚與納米Al2O3填充聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦磨損性能［J］.潤(rùn)滑與密封，2013，（11）：72-77.

［2］喬志軍，薄振辰，王寧等.納米金剛石與聚醚醚酮填充改性聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能［J］.功能材料，2010，41（10）：1838-1841.

［3］馮新，陳東輝，江曉紅等.鈦酸鉀晶須增強(qiáng)聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦磨損性能［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2004，20（5）：129-132.