PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能

　第21卷第2期高分子材料科学与工程Vo l.21,N o.2　2005年3月POLYM ER M AT ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING M ar.2005 PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能X

张招柱,曹佩弦,王　坤,刘维民

(中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000)

摘要:利用M M-200型磨损试验机,对不同填料填充PT FE复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,并探讨了淬火处理对PT FE复合材料摩擦学性能及力学性能的影响。研究发现,几乎所有填料均可大大降低PT FE复合材料的磨损,但其对P T FE复合材料性能的影响差别较大。聚苯脂填充P T F E复合材料虽然具有良好的摩擦磨损性能,但是其拉伸强度较小。P I增大了PT FE复合材料的摩擦系数,随着P I含量的增加,P T F E复合材料的拉伸强度增大,而其伸长率则减小。CdO填充P T F E复合材料虽具有良好的摩擦性能,但其伸长率较大。淬火处理使PT FE复合材料的结晶度下降,从而导致P T F E复合材料的硬度减小、耐磨性变差。

关键词:P T F E复合材料;摩擦磨损;力学性能

中图分类号:O631.2+1 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2005)02-0189-04

聚四氟乙烯(PTFE)是一种优异的固体润滑材料,它具有低的摩擦系数和良好的化学稳定性及热稳定性,但PT FE的耐磨性较差。目前,人们已用不同种类的填料对PTFE进行填充改性,并对PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了大量的研究[1～4],但是淬火处理对PT FE复合材料摩擦学性能及力学性能影响的研究尚未见有详细报道。本文着重采用聚酰亚胺、聚苯脂、CdO、Cu粉、玻璃纤维及炭纤维等对PTFE进行填充改性,利用MM-200型磨损试验机对PT FE复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了研究,并探讨了淬火处理对PT FE复合材料摩擦学性能及力学性能的影响。

1　实验部分

将Cu粉、Pb粉、CdO粉、石墨(Gr)、玻璃纤维(GF)、炭纤维(CF)、聚酰亚胺(PI)、聚苯脂(Ekonol)等(粒度小于76L m)以一定的体积比添加到PT FE粉末(粒度39L m)中,混合均匀后冷压成型,然后在空气中自由烧结,其中部分样品作淬火处理。样品尺寸为30m m×7mm ×6mm,对偶为直径40m m的45#钢环,样品及45#钢环表面均用900#水砂纸抛光打磨。在室温、干摩擦条件下,利用M M-200型磨损试验机对PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了评价。在每次试验前,将样品及对偶表面用丙酮棉球擦洗干净,并在空气中晾干。本试验所选用的负荷为200N,速度为0.42m/s,摩擦磨损试验时间均为120min。磨损量以试验后样品表面的磨痕宽度计。通过测量摩擦力矩,进而计算出摩擦系数,摩擦系数取后60m in内的平均值。硬度测定在布洛维显微硬度计上进行。拉伸性能在LJ500型拉力试验机上进行,试样尺寸按GB/T1040-92规定,采用I型试样。

2　结果与讨论

T ab.1给出了PT FE复合材料的摩擦磨损及力学性能测试结果。可以看出,几乎所有填料均可大大降低PT FE复合材料的磨损,极大地提高PTFE复合材料的耐磨性。同时,填料的加入均在不同程度上提高了PT FE复合材料的硬度,但却降低了PT FE复合材料的拉伸强度(5#样品除外)和伸长率。在本试验所选用

X收稿日期:2003-06-03;修订日期:2003-08-08

　作者简介:张招柱(1965-),男,博士,研究员.　E-mail:zz zhang@

的填料中,聚苯脂具有良好的减磨效果,从而使聚苯脂填充的两种PT FE 复合材料(2#和3#样品)具有良好的耐磨性,但是这两种PTFE 复合材料的拉伸强度较小。而CdO 则降低了PT FE 复合材料的摩擦系数,从而使CdO 填充的两种PT FE 复合材料(7#和8#样品)具有良好的摩擦性能,但是这两种PT FE 复合材料的耐磨性较差。炭纤维和石墨填充PT FE 复合材

料(13#样品)的摩擦磨损性能虽然较差,但是其拉伸强度和伸长率则较大。而Cu 粉和炭纤维填充的PTFE 复合材料(5#样品)的综合摩擦、磨损及力学性能则较好。

Fig.1～Fig.4分别给出了PI 的添加量对PTFE 复合材料的摩擦系数、磨痕宽度、伸长率和拉伸强度的影响。由Fig .1可以看出,PI 填充增大了PTFE 复合材料的摩擦系数,而且

Tab .1　Properties of the PTFE composites

No .of sam ple PTFE compos ites

Friction coefficient

W idth of w ear scar (mm )

T ens ile s trength (M Pa )

Tension rate (%)Hardness (HB )1#PT FE

0.1815.623.16215

4.32#PT FE +Ekonol 0.18 2.9310.04 6.33#PT FE +Ekonol +PI 0.19 2.8914.36 6.4

4#PT FE +Cu +Glass fiber 0.20 3.5120.0576 5.55#

PT FE +Cu +C arbon fiber 0.18 3.1032.30104 6.56#

PT FE +Cu +Pb +Graphite 0.19 3.2717.8428 5.77

#

PT FE +CdO

0.16 3.6714.96161 5.08#PT FE +CdO +Carbon fiber 0.16 5.9919.72104 5.99#PT FE +30(v )%PI 0.21 3.4914.6062 5.410#PT FE +40(v )%PI 0.25 3.5115.95307.011#PT FE +50(v)%PI 0.23 3.4217.64217.312#PT FE +60(v)%PI

0.27 3.4521.91187.113#

PT FE +Graph ite +Carbon fiber

0.27

4.17

21.64

126

5.

4

190

高分子材料科学与工程2005年