聚四氟乙烯纳米复合材料摩擦学性能研究进展

本文综述了聚四氟乙烯(PTFE)纳米复合材料在摩擦学领域的研究进展,指出纳米Al2O3最能显著增强PTFE耐磨损性能。纳米粒子增强PTFE耐磨损性能的机理还在探索中,但可能与裂纹捕获、填料富集、转移膜形成、磨屑尺寸减小、填料/基底界面作用、摩擦化学反应等因素有关。纳米材料易团聚及无机-有机物相容性差仍是PTFE纳米复合材料发展过程中亟待解决的问题。     

聚酰亚胺/石墨改性聚四氟乙烯的摩擦学性能EI北大核心CSCD

利用MMU-10G端面高温摩擦磨损试验机,对聚酰亚胺(PI)和石墨共混改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦学性能进行了测试,利用扫描电镜观察摩擦副表面的磨痕和复合材料的转移情况。同时研究最佳配比PTFE基复合材料在不同试验条件下的摩擦学性能,并测量了摩擦副表面的瞬时温度。结果表明,PI可以大幅度提高填充PTFE的耐磨性能,但PI含量增加不利于非金属转移膜的形成;当PI含量约为25%时,和石墨一起填充PTFE,复合材料的摩擦学性能最佳;当载荷大于300N和线速度大于4m/s时,摩擦表温度均高于125℃,复合材料进入高温摩擦阶段,摩擦表面发生蠕变,转移膜出现不同程度的破坏;PI填充PTFE复合材料摩擦性能在温度低于75℃时变化不明显。     

聚酰亚胺/石墨改性聚四氟乙烯的摩擦学性能

利用MMU-10G端面高温摩擦磨损试验机,对聚酰亚胺(PI)和石墨共混改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦学性能进行了测试,利用扫描电镜观察摩擦副表面的磨痕和复合材料的转移情况。同时研究最佳配比PTFE基复合材料在不同试验条件下的摩擦学性能,并测量了摩擦副表面的瞬时温度。结果表明,PI可以大幅度提高填充PTFE的耐磨性能,但PI含量增加不利于非金属转移膜的形成;当PI含量约为25%时,和石墨一起填充PTFE,复合材料的摩擦学性能最佳;当载荷大于300N和线速度大于4m/s时,摩擦表温度均高于125℃,复合材料进入高温摩擦阶段,摩擦表面发生蠕变,转移膜出现不同程度的破坏;PI填充PTFE复合材料摩擦性能在温度低于75℃时变化不明显。     

基于聚苯硫醚及其复合材料的摩擦学研究进展

综述了近年来聚苯硫醚(PPS)及其复合材料摩擦学改性的各种方法及其摩擦磨损性能与机理。重点讨论了聚四氟乙烯(PTFE)、无机粒子填充、纤维增强、纳米颗粒和多元复合对PPS复合材料摩擦磨损性能的影响。     

添加剂Ni-B非晶合金纳米微粒的制备及其摩擦学性能

非晶合金纳米粒子具有许多特殊功能,但摩擦领域尚未见其应用报道.采用液相还原法制备了Ni-B非晶合金纳米微粒,利用四球摩擦磨损试验机考察了Ni-B非晶合金纳米微粒作为润滑脂添加剂的摩擦学行为,并用扫描电子显微镜(SEM)和能量散射谱(EDS)等对钢球摩擦表面进行了分析.结果表明:所制备的Ni-B非晶合金纳米微粒平均粒径约30 nm,表面被氧化;作为润滑油添加剂能够明显提高基础油的减摩抗磨能力,尤其当浓度为1.0%时,磨斑直径从0.54 mm降至0.38 mm.其抗磨减摩机理为:Ni-B非晶态合金纳米微粒在摩擦过程中沉积并发生摩擦化学反应,生成由氧化镍、氧化硼、铁氧化合物及有机吸附物组成的具有良好摩擦学性能的润滑防护膜,从而改善了基础脂的摩擦学性能.     

含纳米CaCO3,Cu混合物添加剂润滑油的研究

采用纳米碳酸钙、纳米铜粒子混合物作为润滑油添加剂.选择合适的表面活性剂制备含纳米碳酸钙和纳米铜粒子混合物添加剂的润滑油.利用四球摩擦磨损试验机考察含纳米碳酸钙、纳米铜粒子添加剂的润滑油的摩擦学性能;用扫描电子显微镜(SEM)观察表面磨痕的形貌.用原子力显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察分析在磨损表面纳米粒子的形态与分布.研究结果表明,纳米碳酸钙、纳米铜的粒子混合物的最佳添加量为:纳米碳酸钙与纳米铜的总添加量的质量分数为0.6%,纳米碳酸钙与纳米铜的质量分数之比为1∶1;该润滑油具有最佳的摩擦学性能.研究还表明,润滑油中纳米碳酸钙、纳米铜粒子混合物添加剂的优良摩擦学性能与纳米粒子在表面存在形态相关.     

纳米SiC改性PTFE复合材料的力学与摩擦磨损性能

评价了用不同含量纳米SiC改性聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的力学性能,利用MM-200型摩擦磨损试验机研究了纳米SiC含量对PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响。借助于扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,并探讨其磨损机理。结果表明：纳米SiC能够提高PTFE复合材料的硬度,但复合材料的拉伸强度有所降低。纳米SiC能够增加PTFE复合材料的摩擦系数,降低其磨损量,当其质量分数为7％时,PTFE复合材料的耐磨损性能最佳。纳米SiC可以阻止PTFE带状结构的大面积破坏,以及在摩擦过程中于偶件表面能够形成转移膜并隔离复合材料与偶件的直接接触是减摩耐磨的主要原因。     

纳米ZrO_2和聚醚醚酮填充聚四氟乙烯的摩擦学性能基于环-块摩擦模型的演变过程

用不同体积分数的纳米ZrO_2和聚醚醚酮(PEEK)颗粒填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。使用环-块摩擦磨损试验机测试PTFE复合材料在滑动速度为2 m/s、载荷为200 N的试验条件下的摩擦学性能。获取不同阶段摩擦学性能的数据,计算出在整个试验过程中样品的瞬时磨损率。利用扫描电镜观察不同试验阶段对偶钢环表面形貌的变化图像并进行分析。利用仿真模拟软件(ABAQUS)对摩擦过程中PTFE复合材料的接触应力变化进行分析。结果表明,纳米ZrO_2和PEEK颗粒可以协同改善PTFE复合材料的摩擦学性能。特别是添加8%的纳米ZrO_2和20%的PEEK能使PTFE复合材料同时获得最佳的耐磨性(1.29×10~(-6) mm~3/Nm)和较低的摩擦系数。在摩擦试验的后期PTFE复合材料的瞬时磨损率突然急剧上升。根据瞬时磨损率、磨损表面、转移膜形貌和磨屑形态特征的变化规律,将整个磨损过程分为3个阶段(低磨损阶段、过渡磨损阶段和严重磨损阶段)。     

2种改性聚四氟乙烯固体润滑剂的摩擦学二次转移行为

为改善聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的性能,将青铜粉(Bronze)、聚酰亚胺(PI)填充PTFE材料对其进行改性,采用冷压成型、自由烧结工艺分别制备了2种固体润滑剂,在改装的M-2000型摩擦磨损试验机上考察了2种固体润滑剂的二次转移性能;用扫描电子显微镜对上试样的磨损表面进行观察和分析。结果表明:PTFE复合材料作固体润滑剂所形成的二次转移能够改善体系的摩擦学性能,填料的加入增强了PTFE复合材料转移膜与底材的结合强度,起到了保护金属表面的作用;PTFE/Bronze比PTFE/PI的复合材料更适宜作润滑源使用。     

纳米碳化锆改性填充聚四氟乙烯-聚苯硫醚复合材料摩擦磨损性能

采用冷压成型烧结工艺法,制备纳米碳化锆(Nano-ZrC)与聚苯硫醚(PPS)填充改性聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料。采用邵氏硬度仪、万能材料试验机、扫描电镜分别表征了复合材料的显微结构及力学特性;使用MRH-3型环-块摩擦磨损试验机测试了复合材料在不同实验条件下的摩擦学性能,并通过非接触3D轮廓仪及X射线光电子能谱仪对磨损表面及转移膜进行了检测分析。结果表明:随着纳米碳化锆含量的增加,复合材料硬度上升,拉伸强度、断裂伸长率及冲击强度下降;纳米碳化锆使得复合材料耐磨性得到显著提升,且其体积分数为5%时复合材料摩擦学性能最佳;纳米碳化锆增强了转移膜的物理粘附能力,并促进其化学吸附作用;当载荷提升至300 N,摩擦速度提升至3 m/s时,复合材料摩擦磨损性能大幅降低,转移膜形貌发生明显变化;环境温度(25~140℃)对复合材料摩擦磨损性能影响不明显。     

纤维/Ekonol/PTFE复合材料的力学与摩擦学性能研究

对比考察了碳纤维(CF)、六钛酸钾晶须(PTW)分别与聚苯酯(Ekonol)混合填充对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学与摩擦学性能的影响,并探讨了内部机理.结果表明:PTW相比于传统纤维CF,尺寸细微,具有微区增强特性,PTW的填充提高了Ekonol/PTFE复合材料的致密程度,协助形成更为均匀、致密的转移膜,相比于CF/Ekonol/PTFE复合材料,有着较好的力学性能、摩擦稳定性、耐磨性,进一步改善了Ekonol/PTFE复合材料的综合性能.纤维、Ekonol混合填充PTFE,二者表现出协同润滑与减磨效应.纤维协助均匀、致密的转移膜的形成;而硬质Ekonol颗粒在纤维和对偶之间可能起到了一种第三体滚动效应,避免了纤维受到较为严重的磨损,从而提高复合材料的摩擦磨损性能.     

金属填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

利用ＭＨＫ－５００型环块磨损实验机,对金属Ｃｕ、ｐｂ及Ｎｉ填充改性的ＰＴＥＦＥ复合材料在干摩擦条件下与ＧＣｒ１５轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了系统研究,并利用ＪＥＭ－１２００ＥＸ／Ｓ分析电子显微镜和光学显微镜对ＰＴＥＥ复合材料的磨屑及摩擦磨损表面进行了考察。摩擦磨损实验的结果表明,金属填料Ｃｕ、Ｐｂ及Ｎｉ大大改善了ＰＴＦＥ复合材料的耐磨性,ＰＴＦＥ复合材料的磨损量比纯ＰＴＦＥ降低了１－２个数量级     

基于正交设计的纳米蛇纹石-纳米氧化镧/聚四氟乙烯复合材料在沙尘环境下的摩擦学性能

以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,采用正交实验法研究了纳米蛇纹石(nano Serpentine)、纳米氧化镧 (nano La₂O₃)和环境三种因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料摩擦学性能的影响。采用自制沙尘模拟装置改进现有的 MMU-5G摩擦磨损试验机对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料进行摩擦学实验。通过SEM观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料磨损机制。结果表明:环境因素对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的摩擦系数影响最大,干摩擦摩擦系数比沙尘环境下摩擦系数低;nano Serpentine含量对nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的磨损率影响最大,当nano Serpentine质量分数为9wt%时,nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的总体磨损率最低。nano Serpentine-nano La₂O₃/PTFE复合材料的干摩擦的磨损机制主要为黏着磨损,沙尘环境的磨损机制主要为磨粒磨损。      

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料滑动磨擦转移膜的性能

通过摩擦实验及X射线光电子能谱分析（ESCA）研究了碳纤维增强聚醚醚酮滑动时形成的转移膜的摩擦性能,结果表明,与纯聚醚醚酮和聚醚醚酮＋聚四氟乙烯相比,碳纤维增强聚醚醚酮材料形成的转移膜薄,连续性均匀性好,因此其磨擦学性能好转移膜的成分沿其垂直于膜面的方向变化,表明此膜中存在着石墨和聚四氯乙稀的优先转移提出滑动磨擦转移膜的形成的粘着转移机制     

PTFE基自润滑复合材料的干摩擦学特性

利用MPV-1500摩擦试验机研究了PTFE基自润滑复合材料在干摩擦时的摩擦、磨损及极限pv值,在研制高pv值的滑动轴承方面进行了探讨。利用EPM-810Q型电子探针对PTFE基自润滑复合材料的磨损农面及其在对偶表面的转移膜进行了考察,探讨了PTFE基自润滑复合材料的摩擦磨损机理。结果表明,PTFE自润滑复合材料中的填料不仅阻止了PTFE带状结构的破坏,而且促进了复合材料向对偶表面的转移,从而大大降低了复合材料的磨损。     

纳米Si3N4及其与石墨、MoS2混合填充PTFE摩擦磨损性能研究

用M-2000型摩擦磨损试验机对纳米Si3N4及其与石墨、MoS2混合填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦条件下与45#钢对磨时摩擦磨损性能进行了研究,用洛氏硬度仪对其进行了测量,用扫描电子显微镜对磨损表面进行了观察.结果表明:纳米Si3N4的加入能提高PTFE复合材料的硬度和耐磨性,纳米Si3N4与MoS2混合填充会使PTFE复合材料的耐磨性能提高更多,特别是在载荷增大时其耐磨效果更好.纳米Si3N4能阻止PTFE复合材料中磨损微裂纹的产生,在纳米Si3N4的富聚区,磨损微裂纹较少,在纳米Si3N4的贫聚区,磨损的微裂纹较多.纳米Si3N4填充PTFE复合材料的摩擦系数比纯PTFE大,且随着载荷增加有所减小,石墨的加入可降低PTFE的摩擦系数.     

金属硫化物及石墨填充PTFE 复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MHK-500 型环-块磨损试验机, 对MoS₂、CuS、PbS 及石墨(添加量均为30 vo l% )填充的聚四氟乙烯(PTFE) 复合材料在干摩擦条件下与GCr15 轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究, 并利用扫描电子显微镜(SEM ) 和光学显微镜对PTFE 复合材料的磨屑和摩擦磨损表面进行了观察。结果表明, 添加石墨降低了PTFE 的摩擦系数, 而添加MoS₂、CuS 及PbS则增大了PTFE 的摩擦系数; 同时, 添加MoS₂、CuS、PbS 及石墨均可将PTFE 的磨损量降低2 个数量级, 其中以PbS 的减磨效果为最好, 而MoS₂ 的减磨效果则最差。      

PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能

利用MM-200型磨损试验机,对不同填料填充PTFE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PTFE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PTFE复合材料的磨损,但其对PTFE复合材料性能的影响差别较大.聚苯脂填充PTFE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.PI增大了PTFE复合材料的摩擦系数,随着PI含量的增加,PTFE复合材料的拉伸强度增大,而其伸长率则减小.CdO填充PTFE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PTFE复合材料的结晶度下降,从而导致PTFE复合材料的硬度减小、耐磨性变差.     

Mechanical behavior of nickel + aluminum powder-reinforced epoxy composites

The mechanical behavior of composites containing micro-sized Ni particles and micro- or nano-sized Al particles, fabricated by casting/curing with epoxy, were studied to investigate their mechanical behavior for potential application as structural energetic materials. Reverse Taylor anvil-on-rod impact tests combined with high-speed digital photography provided information about the high-strain-rate transient deformation and failure response. The nano Al-containing composite exhibited a higher elastic modulus and static and dynamic compressive strengths than pure epoxy and micro Al-containing composite due to increased cross-link density, as revealed by dynamic mechanical analysis. Microstructural characterization of the cast composites revealed that micro-sized Ni and Al remained homogeneously and intimately mixed within the epoxy matrix. In contrast, the composites containing micro Ni and nano Al showed separation of the nano Al particles, effectively forming a nano Al + epoxy matrix surrounding the Ni particles and consequently altering the physical response and enhancing the mechanical properties of the composite.     

The tribological behavior of nanometer and micrometer TiO2 particle-filled polytetrafluoroethylene/polyimide

The friction and wear properties of micrometer and nanometer TiO₂ particle-filled polytetrafluoroethylene (PTFE)/polyimide (PI) composites were studied in this paper. The effect of filler contents (0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 3%, 5% and 7 vol.%) on the tribological properties was examined. The transfer films and the worn surfaces of the PTFE/PI composites filled with micrometer and nanometer TiO₂ particles were investigated by using a scanning electron microscope (SEM). Experimental results show that anti-wear properties of the PTFE/PI composites can be improved greatly by filling nanometer TiO₂ particles. The wear rate of 1.5% nanometer TiO₂ filled composite is the lowest, which is about 52% lower than that of PTFE/PI. In the case of micrometer TiO₂ filler, the friction coefficient and wear rates increase with increasing filler volume fractions under identical test conditions. It was also found that the wear mechanism of micrometer TiO₂ particle-filled PTFE/PI is mainly severe adhesion and abrasive wear, while that of nanometer TiO₂ particle-filled PTFE/PI is mainly slight abrasive wear.