纳米ZnO填充PTFE复合材料的力学及摩擦学性能
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充 ＰＦ Ｔ Ｅ复合材料 的性能 ，他们 同样 发现 当纳米 Ｚ Ｏ ｎ
体 积分数 为 １ ％时 ，复合 材料 的耐磨性最 好。另外 ， ５ 他们还研 究了不 同负荷 、不 同滑动速率下 ，复合材料
的摩擦磨损性能 。
作者 简介 ：余 志扬 （９４ ） １８ 一 ，硕 士 ，研 究 方 向为 聚 合 物／ 米 纳 粒 复合材 料 的制备 ．Ｅｍ ｉ ａｇｆ ６ ＠ｉ ａ．ｃｃ． — ａ ：ｗｎｈ ５０ ｃ ｓａ．ｒ ｌ ５ ｃ １
２ Ｊｈ ａＧｏｐＣ ｒｏａｏ ， ｕｈｕＺ ｅａｇ３４ ０ ，ｈｎ ） ．ｕ ｕ ｒｕ ｏ ｒ ｉ Ｑ ｚｏ ｈｊ ｎ ２０ ４ Ｃ ｉａ ｐ ｔｎ ｉ
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性能的报道较 少 ，这不利 于 Ｚ Ｏ Ｐ Ｆ ｎ ／ Ｔ Ｅ纳米复合材料 实际应用 。鉴 于此 ，本文作者采取机械搅拌和超声分 散相结 合 的方法 制 备 了纳米 Ｚ Ｏ填 充 Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ复合 材
但 当其质量分数超过 ６ ％时 ，复合材 料断裂伸 长率则 发性能进 行 了详细表 征 ，
Ｙａ ｇ Ｈｕ Ｗ ａ ｇ Ｗ ｅ ｌ Ｚｈ ｎ ｅ ｇ ｅ ｎ ｉ ｎ ｎｉ ａ ｇ Ｃｈ ｎ ｄ
（ ． ｈｊ ｎ ａｉ ｒｉ ｎｅ ａｉｎ ｌ ａ ｏ ｙｔｍｓＩｓ ｔｔ， ｎ ｚ ｏ ｈｊ ｎ １ ０ ９， ｈｎ ； １ Ｚ ｅ ａ ｇＣ ｌｏｎａＩ ｔｒ ｔ ａ ｎ Ｓ ｓｅ ｎ ｔｕｅ Ｈａ ｇｈ ｕＺ ｅｉ ｇ３ ０ ２ Ｃ ｉａ ｉ ｆ ｎ ｏ Ｎ ｉ ａ
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定试样 的拉 伸 强 度 和 断裂 伸 长 率 ，拉 伸 速 度 为 ｌ ０ ｍ ／ ｉ ；用 Ｍ ０ ｍ ｍｎ ￣００型摩擦磨 损试 验机按 Ｇ －３ ６ ． ＢＴ ９ ０ １８ ９３进行磨 损实 验 ，转速为 ２ ０ｒｒｎ ０ ａ ，干摩擦 ，对 ／ｉ 偶 件硬度为 Ｈ Ｃ ０～ ５的 ４ Ｒ４ ４ ５ 钢环 ，磨 损时 间为 １０ ２
ＺＯ ｎ ：平均粒径 ５ ｍ，上 海水 田材料 科技 有 限 ０ｎ
公 司生产 ；
图 １ ＺＯＰＦ ｎ ／Ｔ Ｅ复合 材料 的拉伸 强度 及
断 裂伸长率 与 Ｚ Ｏ质量 分数 的关 系 ｎ
Ｆｉ Ｅｆｅ ｔｏ Ｏ ｏ ｔｎ ｎ ｔｎ ｉ ｔｅ ｇｈ ａ ｄ ｇ１ ｆｃ ｆＺｎ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｓｌ ｓｒｎ ｔ ｎ ｅ ｅｏ ｇ ｔｏ ｔｂ ｅ ｋ ｏ Ｏ／Ｐ Ｅ ｃ ｍｐ ｓｔｓ ｌｎ ａｉｎ ａ ｒ ａ ｆＺｎ ＴＦ ｏ ｏ ｉｅ
改性 。如 Ｌ 等 使 用 ５ ｍ Ｚ Ｏ填充 Ｐ Ｆ ｉ ０ｎ ｎ Ｔ Ｅ，发 现当 Ｚ Ｏ体积分数 为 ２５ ｎ ． ％时 ，复合 材料 的磨 耗体积就 比 纯 ＰＦ Ｔ Ｅ降低 了一个数量级 ，而 当继续增 加 Ｚ Ｏ体积 ｎ
耐磨 、尺寸稳 定 、导热性好等 优点来 改善 Ｆ Ｅ的缺 陷 。常用的填充 粒 子包 括 玻 璃纤 维 、碳纤 维 、青铜 粉 、石墨 、炭黑 、各种陶瓷粉 以及一些耐高温有机物 等… 。 目前 ，纳米粒子 由于具有小尺寸效应 、表面与
纳 米 Ｚ Ｏ填 充 Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ复合 材 料 的 力学 及摩 擦 学性 能
余志扬 汪海风 徐
（ ．浙江加州国际纳米 技术研 究院 １
意 罗仲 宽 杨
辉 王文理 张诚德
浙江杭州 ３ ０ ２ ；２ １０ ９ ．巨化集 团公 司 浙江衢州 ３４ ０ ） ２０ ４
摘 要 ：通 过机 械 搅拌 和超 声 分散 制 备 纳米 Ｚ Ｏ填 充 Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ复合 材 料 ，研 究 纳 米 Ｚ Ｏ填 充 量 对 复 合 材 料 力 学及 摩擦 ｎ 磨损 性 能 的影 响 。结果 表 明 ：当 Ｚ Ｏ质 量 分数 小 于 ３ 时 ，复合 材料 的拉 伸 强 度 与 纯 Ｐ’ ｎ ％ ＩＥ相 比略 有增 高 ；复 合 材 料 的 Ｆ
聚四氟乙烯 （ Ｔ Ｅ 树脂具 有优异的耐高低 温 、 ＰＦ ） 耐腐蚀 、耐老化 、高绝缘 、不黏等性 能 ，但 由于其尺 寸稳定性差 、导热性能差 、蠕变大 、硬度低 ，尤其是 在载荷下易磨损 ，使它在机械承载 、摩擦磨损和密封 润 滑等领域 的应用受 到限制 。为 了拓展 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ的应 用
２１ ０ ２年 ７月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩ ＡＴ ＯＮ Ｃ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ｌ ０ ２ ｕ ｙ２ １
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ７ １３ ．
第３ ７卷 第 ７期
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ ０ ５ ０ ５ ．０ ２ ０ ． １ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ２ ４— １ ０ ２ １ ． ７ ０ ３ ｓ
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基 金项 目： 国际 合作 项 目 （０ １ Ｆ ５ １０ ；浙江 省 教 育 厅 ２ １Ｄ Ｒ ０５ ） 科研 项 目 （ ２ １２ ８４ ；中央 高 校 基 本科 研 业 务 费专 项 资 金 Ｙ ０ １０ ８ ）
项 目 （ ０ ２ Ｚ ０ ） ２ １ ＸＺ Ｘ０ ４ ． 收稿 日期 ：２ １ ０ ２—０ ３—０ ７
充量 的不断提高 ，复合材料 的密度及邵氏硬度逐渐增 大 ，当 Ｚ Ｏ质量分数 为 １％ 时 ，复 合材 料 的密度 为 ｎ ０ ２ ２ ／ Ｌ ． ８ｇ ｍ ，比纯 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ增加了 ６ ５ ，而此 时复合材 ．％
料的邵 氏硬度 为 ６ ． ，较纯 Ｐ Ｆ ２１ Ｔ Ｅ增 加 了 ８４ 。纳 ．％
密度 、硬度 、摩擦因数随 Ｚ Ｏ填充量 的增加而逐渐增大；当 Ｚ Ｏ填充质量分数为 １ ～ ％时 ，复合材料 的磨耗量大幅 ｎ ｎ ％ ３ 下降，但若继续增加 Ｚ Ｏ填充量 ，复合材料的磨耗量却变化不大。 ｎ
关 键 词 ：纳 米 Ｚ Ｏ；Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ；复合 材 料
中 图分 类 号 ：Ｔ １７ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编号 ：０ ５ ０ ５ （０ ２ Ｈ １． ２４— １０ ２ １ ）７— ５ ３ ０ ３—
本文的实验结 果为 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ复合材料的应 用提供 了更 充 分 的依据 。
１ 实 验 部 分 １ １ 原 料 和 试 剂 ．
ｂ
４ ｏ
３ ２ ２ ４
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量 ｌ ６
蓝
８
Ｐ’ ＩＥ：平均粒径 ５ ｍ，山东 东岳 高 分 子材 料 Ｆ ０Ｉ ｘ 有 限公 司生产 ；
数分别为 ｌ ，３ ，６ 和 １％ 。制备好 的复合 材料 ％ ％ ％ ０
２２ Ｚ ０ Ｐ Ｆ ． ｎ ／ Ｔ Ｅ复 合 材 料 的 密 度 及 硬 度
图 ２ 出了 ｚ ０ Ｆ 示 ｎ ／ Ｅ复合材料 的密度及邵 氏硬 度 与 Ｚ Ｏ质量分 数 的关 系，可 以看 出，随 着 Ｚ Ｏ填 ｎ ｎ
经冷压成型 、烧结成型 、毛坯制 品、锯割 、打磨等过
程 ，制备成测试样品 。
１３ 复 合 材 料 的 性 能 测 试 ．
米 Ｚ Ｏ的加入能提高复合材料 的硬度 ，这是 因为 Ｚ Ｏ ｎ ｎ 为硬质材料 ，它能起 到分散 和传递 载荷 的作用 。
用 电子万能试验机 ，按照 国标 Ｈ Ｔ２ ０ —９７测 Ｇ ９ ２１９
５ ４
润滑与密封
第３ ７卷
尽管研究人员对 Ｚ Ｏ Ｐ Ｆ ｎ ／ Ｔ Ｅ纳米复合材料 的摩擦
学性能进行 了详 细表征 ，但关于该类复合材料的力学
长率与纯 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ相 比降低很 多 ；当 Ｚ Ｏ质量分 数小于 ｎ
６ ％时 ，各复合 材料 之 间的 断裂 伸 长率值 相 差 不大 ，
分数 ，复合材 料 的磨耗 体 积继 续下 降 ，直 到 Ｚ Ｏ体 ｎ
积分数 为 １％ 时 出现最 小值 ；另外研 究 还发 现 ，即 ５ 使 纳米 Ｚ Ｏ的填充体积分数在 ２ ５ ～ ０ 的大范 围 ｎ ．％ ３％ 内波动 ，制备 的复合材料 的摩擦 因数变化不大 ，均与 纯 ＰＦ Ｔ Ｅ相 差无几 。李 飞等人 也研究 了纳米 Ｚ Ｏ填 ｎ
领域 ，需要对其填充改 性 ，即利用填 充粒 子硬度 大 、
界 面效应 、量子 尺寸效应 和宏 观量子 隧道效应 ，正逐 渐引起人 们的注意 ，被用来填 充 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ树脂 ，制 备高 性能 的 Ｆ Ｅ复 合材 料 。 。纳 米 Ｚ Ｏ表 面 活性 高 ， ｎ
尺寸稳定 ，许多研究者采用 它对 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ树 脂进行 填充
无水 乙醇 ：分析纯 ，杭州高晶精细化工有限公司 生产 。
１２ Ｚ Ｏ ／ Ｆ ． ｎ Ｅ纳 米 复 合 材料 的 制备
称 取一定 量的纳米 Ｚ Ｏ，加入到 Ｆ ｎ Ｅ中，手搅 １ ｉ ，往 其中加入无 水 乙醇 ，超 声搅 拌 ３ ｉ， ０ｍ ｎ后 ０ ｍｎ 过滤 回收乙醇 ，固体则在 １０℃下 干燥 ４ｈ ０ 。按上 述 方法制备 ４种 复合材料 ，Ｚ Ｏ在复合材料 中的质 量分 ｎ
体 积分数 为 １ ％时 ，复合 材料 的耐磨性最 好。另外 ， ５ 他们还研 究了不 同负荷 、不 同滑动速率下 ，复合材料
的摩擦磨损性能 。
作者 简介 ：余 志扬 （９４ ） １８ 一 ，硕 士 ，研 究 方 向为 聚 合 物／ 米 纳 粒 复合材 料 的制备 ．Ｅｍ ｉ ａｇｆ ６ ＠ｉ ａ．ｃｃ． — ａ ：ｗｎｈ ５０ ｃ ｓａ．ｒ ｌ ５ ｃ １
２ Ｊｈ ａＧｏｐＣ ｒｏａｏ ， ｕｈｕＺ ｅａｇ３４ ０ ，ｈｎ ） ．ｕ ｕ ｒｕ ｏ ｒ ｉ Ｑ ｚｏ ｈｊ ｎ ２０ ４ Ｃ ｉａ ｐ ｔｎ ｉ
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性能的报道较 少 ，这不利 于 Ｚ Ｏ Ｐ Ｆ ｎ ／ Ｔ Ｅ纳米复合材料 实际应用 。鉴 于此 ，本文作者采取机械搅拌和超声分 散相结 合 的方法 制 备 了纳米 Ｚ Ｏ填 充 Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ复合 材
但 当其质量分数超过 ６ ％时 ，复合材 料断裂伸 长率则 发性能进 行 了详细表 征 ，
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定试样 的拉 伸 强 度 和 断裂 伸 长 率 ，拉 伸 速 度 为 ｌ ０ ｍ ／ ｉ ；用 Ｍ ０ ｍ ｍｎ ￣００型摩擦磨 损试 验机按 Ｇ －３ ６ ． ＢＴ ９ ０ １８ ９３进行磨 损实 验 ，转速为 ２ ０ｒｒｎ ０ ａ ，干摩擦 ，对 ／ｉ 偶 件硬度为 Ｈ Ｃ ０～ ５的 ４ Ｒ４ ４ ５ 钢环 ，磨 损时 间为 １０ ２
ＺＯ ｎ ：平均粒径 ５ ｍ，上 海水 田材料 科技 有 限 ０ｎ
公 司生产 ；
图 １ ＺＯＰＦ ｎ ／Ｔ Ｅ复合 材料 的拉伸 强度 及
断 裂伸长率 与 Ｚ Ｏ质量 分数 的关 系 ｎ
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改性 。如 Ｌ 等 使 用 ５ ｍ Ｚ Ｏ填充 Ｐ Ｆ ｉ ０ｎ ｎ Ｔ Ｅ，发 现当 Ｚ Ｏ体积分数 为 ２５ ｎ ． ％时 ，复合 材料 的磨 耗体积就 比 纯 ＰＦ Ｔ Ｅ降低 了一个数量级 ，而 当继续增 加 Ｚ Ｏ体积 ｎ
耐磨 、尺寸稳 定 、导热性好等 优点来 改善 Ｆ Ｅ的缺 陷 。常用的填充 粒 子包 括 玻 璃纤 维 、碳纤 维 、青铜 粉 、石墨 、炭黑 、各种陶瓷粉 以及一些耐高温有机物 等… 。 目前 ，纳米粒子 由于具有小尺寸效应 、表面与
纳 米 Ｚ Ｏ填 充 Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ复合 材 料 的 力学 及摩 擦 学性 能
余志扬 汪海风 徐
（ ．浙江加州国际纳米 技术研 究院 １
意 罗仲 宽 杨
辉 王文理 张诚德
浙江杭州 ３ ０ ２ ；２ １０ ９ ．巨化集 团公 司 浙江衢州 ３４ ０ ） ２０ ４
摘 要 ：通 过机 械 搅拌 和超 声 分散 制 备 纳米 Ｚ Ｏ填 充 Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ复合 材 料 ，研 究 纳 米 Ｚ Ｏ填 充 量 对 复 合 材 料 力 学及 摩擦 ｎ 磨损 性 能 的影 响 。结果 表 明 ：当 Ｚ Ｏ质 量 分数 小 于 ３ 时 ，复合 材料 的拉 伸 强 度 与 纯 Ｐ’ ｎ ％ ＩＥ相 比略 有增 高 ；复 合 材 料 的 Ｆ
聚四氟乙烯 （ Ｔ Ｅ 树脂具 有优异的耐高低 温 、 ＰＦ ） 耐腐蚀 、耐老化 、高绝缘 、不黏等性 能 ，但 由于其尺 寸稳定性差 、导热性能差 、蠕变大 、硬度低 ，尤其是 在载荷下易磨损 ，使它在机械承载 、摩擦磨损和密封 润 滑等领域 的应用受 到限制 。为 了拓展 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ的应 用
２１ ０ ２年 ７月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩ ＡＴ ＯＮ Ｃ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ｌ ０ ２ ｕ ｙ２ １
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ７ １３ ．
第３ ７卷 第 ７期
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ ０ ５ ０ ５ ．０ ２ ０ ． １ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ２ ４— １ ０ ２ １ ． ７ ０ ３ ｓ
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基 金项 目： 国际 合作 项 目 （０ １ Ｆ ５ １０ ；浙江 省 教 育 厅 ２ １Ｄ Ｒ ０５ ） 科研 项 目 （ ２ １２ ８４ ；中央 高 校 基 本科 研 业 务 费专 项 资 金 Ｙ ０ １０ ８ ）
项 目 （ ０ ２ Ｚ ０ ） ２ １ ＸＺ Ｘ０ ４ ． 收稿 日期 ：２ １ ０ ２—０ ３—０ ７
充量 的不断提高 ，复合材料 的密度及邵氏硬度逐渐增 大 ，当 Ｚ Ｏ质量分数 为 １％ 时 ，复 合材 料 的密度 为 ｎ ０ ２ ２ ／ Ｌ ． ８ｇ ｍ ，比纯 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ增加了 ６ ５ ，而此 时复合材 ．％
料的邵 氏硬度 为 ６ ． ，较纯 Ｐ Ｆ ２１ Ｔ Ｅ增 加 了 ８４ 。纳 ．％
密度 、硬度 、摩擦因数随 Ｚ Ｏ填充量 的增加而逐渐增大；当 Ｚ Ｏ填充质量分数为 １ ～ ％时 ，复合材料 的磨耗量大幅 ｎ ｎ ％ ３ 下降，但若继续增加 Ｚ Ｏ填充量 ，复合材料的磨耗量却变化不大。 ｎ
关 键 词 ：纳 米 Ｚ Ｏ；Ｐ Ｆ ｎ Ｔ Ｅ；复合 材 料
中 图分 类 号 ：Ｔ １７ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编号 ：０ ５ ０ ５ （０ ２ Ｈ １． ２４— １０ ２ １ ）７— ５ ３ ０ ３—
本文的实验结 果为 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ复合材料的应 用提供 了更 充 分 的依据 。
１ 实 验 部 分 １ １ 原 料 和 试 剂 ．
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Ｐ’ ＩＥ：平均粒径 ５ ｍ，山东 东岳 高 分 子材 料 Ｆ ０Ｉ ｘ 有 限公 司生产 ；
数分别为 ｌ ，３ ，６ 和 １％ 。制备好 的复合 材料 ％ ％ ％ ０
２２ Ｚ ０ Ｐ Ｆ ． ｎ ／ Ｔ Ｅ复 合 材 料 的 密 度 及 硬 度
图 ２ 出了 ｚ ０ Ｆ 示 ｎ ／ Ｅ复合材料 的密度及邵 氏硬 度 与 Ｚ Ｏ质量分 数 的关 系，可 以看 出，随 着 Ｚ Ｏ填 ｎ ｎ
经冷压成型 、烧结成型 、毛坯制 品、锯割 、打磨等过
程 ，制备成测试样品 。
１３ 复 合 材 料 的 性 能 测 试 ．
米 Ｚ Ｏ的加入能提高复合材料 的硬度 ，这是 因为 Ｚ Ｏ ｎ ｎ 为硬质材料 ，它能起 到分散 和传递 载荷 的作用 。
用 电子万能试验机 ，按照 国标 Ｈ Ｔ２ ０ —９７测 Ｇ ９ ２１９
５ ４
润滑与密封
第３ ７卷
尽管研究人员对 Ｚ Ｏ Ｐ Ｆ ｎ ／ Ｔ Ｅ纳米复合材料 的摩擦
学性能进行 了详 细表征 ，但关于该类复合材料的力学
长率与纯 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ相 比降低很 多 ；当 Ｚ Ｏ质量分 数小于 ｎ
６ ％时 ，各复合 材料 之 间的 断裂 伸 长率值 相 差 不大 ，
分数 ，复合材 料 的磨耗 体 积继 续下 降 ，直 到 Ｚ Ｏ体 ｎ
积分数 为 １％ 时 出现最 小值 ；另外研 究 还发 现 ，即 ５ 使 纳米 Ｚ Ｏ的填充体积分数在 ２ ５ ～ ０ 的大范 围 ｎ ．％ ３％ 内波动 ，制备 的复合材料 的摩擦 因数变化不大 ，均与 纯 ＰＦ Ｔ Ｅ相 差无几 。李 飞等人 也研究 了纳米 Ｚ Ｏ填 ｎ
领域 ，需要对其填充改 性 ，即利用填 充粒 子硬度 大 、
界 面效应 、量子 尺寸效应 和宏 观量子 隧道效应 ，正逐 渐引起人 们的注意 ，被用来填 充 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ树脂 ，制 备高 性能 的 Ｆ Ｅ复 合材 料 。 。纳 米 Ｚ Ｏ表 面 活性 高 ， ｎ
尺寸稳定 ，许多研究者采用 它对 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ树 脂进行 填充
无水 乙醇 ：分析纯 ，杭州高晶精细化工有限公司 生产 。
１２ Ｚ Ｏ ／ Ｆ ． ｎ Ｅ纳 米 复 合 材料 的 制备
称 取一定 量的纳米 Ｚ Ｏ，加入到 Ｆ ｎ Ｅ中，手搅 １ ｉ ，往 其中加入无 水 乙醇 ，超 声搅 拌 ３ ｉ， ０ｍ ｎ后 ０ ｍｎ 过滤 回收乙醇 ，固体则在 １０℃下 干燥 ４ｈ ０ 。按上 述 方法制备 ４种 复合材料 ，Ｚ Ｏ在复合材料 中的质 量分 ｎ