莫来石与碳纤维协同填充的聚四氟乙烯基复合材料及其摩擦学性能

为了提高聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦学性能,采用机械混匀、带温预压及烧结等工艺制备了莫来石和碳纤维填充的PTFE基复合材料,并通过FTIR、XRD、万能材料试验机、洛氏硬度计、DSC及热机械分析分别表征了PTFE基复合材料的显微结构、力学性能和热学性能;然后,使用MRH-3 型高速环块磨损试验机测定了复合材料的摩擦系数和磨损率,通过自制的硅油砂浆磨损装置测定了复合材料在不同温度下的耐砂浆磨损性能;最后,借助3D测量激光显微镜研究了复合材料摩擦面形貌,并分析了摩擦磨损机制。结果表明:莫来石和碳纤维在PTFE体系中起到填充增强作用,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的弹性模量由364 MPa增加至874 MPa;20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料的干摩擦系数较大,但其磨损率与纯PTFE相比降低了3个数量级以上,且此复合材料在水摩擦条件下仍能保持较好的摩擦系数和磨损率,摩擦系数为0.157,磨损率为7.40×10-6 mm3·N-1·m-1;此外,20wt%莫来石-10wt%碳纤维/PTFE复合材料在较高温度下仍能表现出良好的耐砂浆磨损性能。所得结论表明改性得到的PTFE 基复合材料的摩擦学性能显著提高,复合材料可用于有杆抽油井防偏磨。      

纳米金刚石与聚醚醚酮填充改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能

采用模压-烧结方法制备了纳米金刚石(ND)与聚醚醚酮(PEEK)填充改性的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,并研究了复合材料的摩擦磨损性能及其微观结构。结果表明,随着PEEK含量增加到20%(质量分数),复合材料的耐磨性显著提高;而较低填充量的ND可以在降低复合材料摩擦系数的情况下提高其耐磨性能。1.0%ND/20%(质量分数)PEEK/PTFE复合材料的减摩耐磨性能优良,与纯PTFE相比,该复合材料的摩擦系数下降约20%,耐磨性能提高120倍,原子力显微分析表明该复合材料中ND分布均匀。     

PTFE微粉/CF改性PEEK复合材料的摩擦磨损性能

为解决核电水循环系统中鼓型旋转滤网驱动装置的耐腐蚀问题,本文研究了碳纤维和聚四氟乙烯微粉改性的聚醚醚酮复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能.通过机械共混、高温模压的方法,制备了不同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)微粉/碳纤维(CF)/二硫化钼(MoS_2)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料.采用拉伸试验机和塑料洛氏硬度计测试其力学性能,采用摩擦磨损试验机测试了复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜对其摩擦表面形貌进行分析.结果表明:复合材料在水润滑和油润滑时摩擦系数及磨痕宽度均较小,但水润滑时摩擦系数波动幅度较大且磨痕宽度略高;复合材料在干摩擦条件下的磨损机制以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,油润滑时摩擦面可形成连续的润滑膜而保持光滑,水润滑时水流冲刷破坏了摩擦面上固体润滑膜的稳定性;CF质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递增,压缩强度达到164 MPa,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的洛氏硬度和压缩强度递减;CF质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数及磨痕宽度下降,PTFE微粉质量分数增加时,复合材料的干摩擦系数下降,达到0.17.     

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。     

聚四氟乙烯及其石墨和MoS2填充复合材料的摩擦学性能研究

利用往复式摩擦磨损试验机,对聚四氟乙烯(PTFE)及石墨和MoS2填充的PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了测定,并利用光学显微镜对PTFE复合材料的摩擦磨损表面进行了观察。结果表明,一方面,石墨和MoS2起到了润滑作用,另一方面,石墨和MoS2阻止了PTFE带状大面积破坏,因而使得PTFE的摩擦系数降低,耐磨性提高。     

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。     

碳纤维及石墨填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-200型环-块摩擦磨损试验机对石墨(Gr.)及碳纤维(CF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,探讨了石墨及碳纤维的协同润滑效应.认为碳纤维的加入大大提高了复合材料的承载能力,石墨的加入减小了碳纤维表面与对偶的摩擦系数,从而降低了碳纤维的脱落趋势,提高了复合材料的耐磨性.利用扫描电子显微镜(SEM)对PTFE复合材料的摩擦面及对偶转移膜进行了观察.结果表明,本实验中20%的石墨和10%碳纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能最好,且在高载荷下的摩擦磨损性能尤为突出,具有一定的应用价值.     

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。     

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。     

聚酰亚胺填充PTFE复合材料摩擦学性能的研究

将聚酰亚胺(PI)、石墨和铜粉按照不同比例混合填充聚四氟乙烯(PTFE)形成新的复合材料,分别在MMU-2端面摩擦磨损试验机上进行摩擦性能测试,并将磨损后的试样在JSM-5600LV扫描电子显微镜下观察摩擦表面的磨痕和复合材料的转移情况,确定出最佳配比。为了研究试验条件对材料摩擦学性能的影响,对最佳配比PTFE基复合材料通过改变试验条件再次进行试验。结果表明,聚酰亚胺可增强填充PTFE的耐磨性,Cu可增加转移膜与对偶件结合的强度,而石墨有利于转移膜的形成;当PI的质量分数为25%,石墨质量分数为5%,Cu粉质量分数为5%时,材料的摩擦学性能表现最好;当滑动速度4.5m/s,载荷300N时,试样表面温度均大于120℃,复合材料进入高温摩擦阶段,摩擦表面发生蠕变,转移膜出现灼烧现象。     

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.     

PEEK与纳米TiO_2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

采用高速机械搅拌的方式充分混合原料,然后用模具将混合好的材料冷压成型,再通过一定的烧结程序制备不同体积含量的聚醚醚酮(PEEK)和纳米TiO2协同填充改性的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料试样。利用MRH-3摩擦磨损实验机在不同实验条件下对试样进行摩擦学性能的测试。磨损后用QuantaFEG450扫描电镜对钢环表面的摩擦形貌进行观察与分析。实验结果表明,填充PEEK可大幅降低PTFE复合材料的体积磨损率,但复合材料的摩擦系数却随PEEK含量的增加而表现出逐渐上升的趋势。用不同含量的纳米TiO2填充10%PEEK/PTFE,摩擦系数和体积磨损率都表现出随纳米TiO2含量的增加而逐步上升的趋势,其中2%Nana-TiO2/10%PEEK/PTFE复合材料的摩擦系数和体积磨损率最小。当滑动速度和载荷分别超过2m/s和200N后对复合材料的磨损率有显著地影响,而环境温度在25~120℃范围内变化对磨损率和摩擦系数的影响均不明显。     

纳米Al_2O_3/聚苯硫醚改性聚四氟乙烯复合材料摩擦特性

使用MRH-3型环-块摩擦磨损试验机在不同实验条件下对纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)与聚苯硫醚(PPS)共混改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损状况进行了测试并在线测量了摩擦表层瞬时温度。采用扫描电镜对磨损表面形貌和转移膜形貌进行了观察与分析。结果表明,复合材料摩擦磨损特性与纳米粒子含量及摩擦表层温度有关;3%(体积分数)Nano-Al_2O_3/PPS/PTFE复合材料的耐磨性最佳;摩擦过程中表层瞬时温度呈现3个阶段:线性升温、温度缓慢变化和稳定阶段,且升温幅度随Nano-Al_2O_3含量的增加而增大;当载荷和速度分别超过200 N和2 m/s时,复合材料磨损率与摩擦表层温度均大幅上升,但摩擦热平衡所需时间却大幅缩短,此时摩擦表面形貌与转移膜形貌均发生明显变化;当环境温度在25~140℃变化时复合材料摩擦性能变化不显著。     

PEEK与纳米SiO_2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

通过机械共混、冷压成型、烧结的方法制备聚醚醚酮(PEEK)与纳米Si O2颗粒共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料试样。利用MRH-3型环-块摩擦磨损实验机对不同配方比例的复合材料在不同实验条件下进行摩擦学性能实验。利用扫描电镜对试样磨损后的摩擦表面形貌和钢环表面的转移膜进行观察和分析。结果表明,填充5%PEEK的PTFE复合材料的摩擦系数达到最低值;10%PEEK/PTFE复合材料中添加不同体积比的纳米Si O2填料可以显著地降低材料的体积磨损率,其中5%Nano-Si O2/10%PEEK/PTFE复合材料的体积磨损率最小;载荷和速度的变化对Nano-Si O2/PEEK/PTFE复合材料的摩擦磨损性能的影响显著,而环境温度的变化对该复合材料的摩擦系数与磨损率的影响不明显。     

纳米SiC与PI填充改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能

以纳米碳化硅(Nano-SiC)和聚酰亚胺(PI)为填料,经过机械共混、冷压成型和烧结等工艺制备Nano-SiC与PI共同填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。利用MRH-3型环-块摩擦实验机研究不同实验条件下复合材料的摩擦磨损性能并记录磨损表面温度变化。通过扫描电镜观察试样磨损表面和转移膜形貌,分析其磨损机理。结果表明:纳米粒子含量、载荷和速度的变化会引起磨损表面温度发生变化,影响复合材料的摩擦磨损特性,复合材料磨损表面形貌和转移膜形貌也随之改变;随着纳米粒子含量增加,摩擦温升更快进入平稳阶段,有利于降低复合材料的磨损率;载荷由100N增加至400N,速度由1m/s增加至4m/s时,复合材料的摩擦磨损特性大幅下降,磨损表面形貌和转移膜形貌有显著变化,重载和高速条件下复合材料的磨损率高;环境温度在室温到135℃变化时复合材料的摩擦性能变化不明显。     

数值模拟填料含量对Cu/PTFE复合材料摩擦性能的影响

为了探讨填料含量对Cu/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦磨损的影响,运用二维颗粒流程序(PFC2D)对PTFE基复合材料在不同含量的Cu颗粒填充条件下与45#钢的摩擦磨损过程进行数值模拟分析,主要研究了Cu/PTFE复合材料的摩擦转移及磨损问题。模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45#钢组成摩擦副时,会在45#钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成能够有效地降低PTFE基复合材料的磨损。Cu颗粒的添加一方面可以通过自身转移的"钉扎"作用促进转移颗粒层的形成,另一方面由于提高了复合材料的整体强度,又对转移颗粒层的形成产生了一定的抑制作用。所以添加适量的Cu有利于转移颗粒层的形成,但Cu含量过高时其作用又会降低。Cu颗粒的加入降低了PTFE基复合材料的磨损量,且随着Cu含量的增加减磨效果增强。在Cu颗粒的质量分数为50%时,PTFE基复合材料的磨损颗粒数较纯PTFE的减少了近一半。     

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)。     

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。      

芳砜纶增强聚四氟乙烯复合材料的耐热性能及摩擦磨损性能

文中对芳砜纶(PSAf)增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的耐热性能和摩擦磨损性能进行研究。研究结果表明:PSAf/PTFE复合材料的长期使用温度均高于250℃,且当芳砜纶含量较少时,材料的热稳定性与PTFE相当;芳砜纶的引入对材料玻璃化转变温度的影响不大,但能显著提高材料的高温力学性能;另一方面,PSAf/PTFE复合材料的摩擦系数与PTFE相当,其磨损量随着纤维含量或纤维长度的提高而明显降低,当纤维质量分数为20%时,复合材料磨损量相比于纯PTFE降低了近19倍。扫描电镜分析表明,材料的耐磨机理主要基于芳砜纶对基体的增强,降低基体的磨损,提高复合材料的耐磨性能。     

纳米陶瓷颗粒填充PTFE基复合材料的干摩擦磨损性能

利用MM-200型环-块摩擦磨损试验机研究了纳米陶瓷颗粒SiC、Si3N4、AlN和TiN对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦条件下与45#钢对磨时的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,并探讨了磨损机理。结果表明:添加纳米TiN减少了PTFE的摩擦系数,而添加纳米SiC、Si3N4增大了PTFE的摩擦系数。与纯PTFE相比,PTFE复合材料的耐磨性能显著提高,其中以纳米AlN的减磨效果最好,纳米Si3N4的减磨效果最差。纯PTFE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而纳米粒子填充PTFE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。