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。     

CaCO3晶须和PTFE对PEEK干摩擦性能的影响

用热压成型法制备CaCO3晶须和聚四氟乙烯(PTFE)填充的聚醚醚酮(PEEK)自润滑复合材料,研究了干摩擦条件下复合材料和45#钢环配副的摩擦磨损性能,并与纯PEEK进行了比较.结果表明:CaCO3晶须和PTFE明显改善了PEEK复合材料的减摩、耐磨和承载性能,其摩擦系数比纯PEEK降低约1/2,耐磨性提高27倍;摩擦稳定性显著提高,极限承载能力比纯PEEK提高1倍以上.CaCO3晶须降低了复合材料摩擦表面粘着、犁削和热变形,PTFE有助于复合材料在偶件表面形成连续、均匀的转移膜.PEEK自润滑复合材料的磨损机制主要是轻微的粘着和疲劳磨损.     

水/油润滑条件下PTFE复合材料的摩擦学性能

将碳纤维(CF)和锡青铜粉(Cu)分别添加到聚四氟乙烯(PTFE)中制备了两种PTFE复合材料,并将其与42CrMo钢环形成摩擦副,研究了两种PTFE复合材料在干摩擦、水润滑和油润滑条件下的摩擦学性能,并用扫描电子显微镜观察了两种复合材料的磨损表面形貌,分析了磨损机理。结果表明:在干摩擦和油润滑条件下,随着碳纤维含量的增加,CF/PTFE复合材料的摩擦因数增大,磨痕宽度减小;两种PTFE复合材料在干摩擦条件下的摩擦因数最大,油润滑条件下的摩擦因数最小;而且在油润滑条件下,两种PTFE复合材料的磨痕宽度最小;水润滑条件下的摩擦因数比干摩擦的的要小,但磨痕宽度比干摩擦时的要大;CF/PTFE复合材料的磨损机理主要为疲劳磨损,犁沟形貌不明显;Cu/PTFE复合材料的磨损机理主要为磨料磨损,犁沟形貌明显,伴有疲劳磨损。     

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。     

仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16 m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。     

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)。     

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.     

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。     

PTFE基复合材料摩擦磨损特性研究

用机械共混、冷压成型自由烧结的方法制备了PTFE基复合材料;用M-2000型磨损试验机测试了在干摩擦定载荷条件下各试样的磨损性能;用扫描电子显微镜(SEM)对磨损试样的表面形貌进行了观察和分析.结果表明:在实验条件下,复合材料的抗磨性能,随青铜粉用量的增大逐渐增强,当青铜粉的用量大于20vol.%后,抗磨损性能增强的趋势明显减缓,在干摩擦条件下复合材料主要发生粘着磨损和磨粒磨损,且随青铜粉用量的增加,磨粒磨损也越明显.研究发现,当青铜粉:氧化镉:二硫化钼为20:6:4(体积比)时,复合材料的摩擦磨损性能最佳.     

微米和纳米SiO2改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能

使用超细及纳米SiO₂颗粒填充改性聚四氟乙烯塑料。测量其摩擦系数、磨损系数、结晶度,得到了填加量与复合材料摩擦系数、磨损系数和结晶度的关系曲线,并使用扫描电镜(SEM)对其表面形貌进行了分析。结果表明,无论微米或纳米SiO₂、表面处理后的纳米SiO₂,均使PTFE的摩擦系数有所提高,而耐磨损性能也有大幅度的提高。填充量小于6%时,填加未经偶联剂处理的纳米SiO₂的SiO₂/PTFE复合材料的磨损率降低98.5%;填充量大于6%以后,磨损率趋于稳定;填充量为6%时,摩擦系数仅从未加填料时的0.1提高为0.12。而偶联剂表面处理的纳米SiO₂复合材料的摩擦系数提高幅度最小。      

聚丙烯腈填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能研究EI

用机械共混、冷压成型和空气中烧结的方法制备了不同质量分数的聚丙烯腈填充聚四氟乙烯制品。用MM-200摩擦磨损试验机测试不同样品在干摩擦下的摩擦学行为;用扫描电子显微镜和光学显微镜对几种样品的磨损面、磨屑和转移膜进行观察和分析。结果表明,聚丙烯腈的加入,不但使聚四氟乙烯的磨损量大幅降低,而且还使其摩擦系数有所降低。通过扫描电子显微镜观察发现填充聚丙烯腈的聚四氟乙烯样品的对磨面有完整而且不易脱落的转移膜,这是其具有良好耐磨性的主要原因。     

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     

Synergism of carbon fiber and polyimide in polytetrafluoroethylene-based composites: Friction and wear behavior under sea water lubrication

Polytetrafluoroethylene-based (PTFE-based) composites reinforced simultaneously with carbon fiber (CF) and polyimide (PI) of different volume fractions were prepared. The microstructure and phase composition of as-prepared PTFE-based composites were analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Besides, their friction and wear behavior under sea water lubrication was evaluated in relation to the synergistic effect between CF and PI using a ring-on-block test rig, and their worn surfaces were also analyzed using SEM. Results showed that the incorporation of PI induced loosening of the microstructure of PTFE but increased the wear resistance. Contrary to the above, the incorporation of CF led to increased compactness of PTFE, and the compactness as well as wear resistance of the PTFE-based composites increased with the increase of CF content. More importantly, the simultaneous incorporation of PI and CF at a proper volume fraction led to drastically reduced wear rate of PTFE under sea water lubrication. This implies that there exists synergistic friction-reducing and wear-resistant effect between PI and CF. As a result, the PTFE-based composite containing 5% PI (volume fraction) and 15% CF had the best wear resistance, showing promising application in ocean environment.     

氟化石墨改性适配器PTFE层摩擦磨损性能研究

目的研究适配器PTFE层氟化石墨填充改性后的摩擦磨损性能,提高适配器的耐磨性。方法以质量分数为2%,5%,8%,11%的氟化石墨为填料制备PTFE基复合材料,分别在20,40,60,80 r/min的转速下测试试样摩擦因数。通过三维视频显微镜采集试样表面磨损数据,并计算其体积磨损率。扫描电子显微镜(SEM)观察磨痕微观形貌。结果同一转速下,试样的摩擦因数随着氟化石墨质量分数的增加而增大。填充氟化石墨能显著降低试样的体积磨损率,填充物质量分数超过8%后,试样体积磨损率趋于稳定,试样摩擦因数得到明显增大。结论氟化石墨填充PTFE层可显著提高适配器的耐磨性,但质量分数不能超过8%,否则,会造成适配器与运输筒间的摩擦因数增大,增加航天器装填及出筒阻力。     

Friction and wear of epoxy/TiO2 nanocomposites: Influence of additional short carbon fibers, Aramid and PTFE particles

An epoxy-based nanocomposite containing graphite powder (7 vol%) and nano-scale TiO₂ (4 vol%) was developed for tribological evaluation. A series of composites containing additional fillers such as short carbon fibers (SCF), Aramid and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles was developed and evaluated in adhesive and low amplitude oscillating wear modes. The incorporation of SCF and Aramid particles resulted in a remarkable improvement in the sliding wear resistance. However, SCF impaired the low amplitude oscillating wear resistance. The further addition of PTFE to the SCF filled nanocomposites reduced the friction and wear under both wear conditions. However, an adverse effect of PTFE was found for the Aramid particles filled nanocomposites. Under sliding conditions, the lowest wear rate and coefficient of friction showed the 2–4 vol% PTFE filled SCF nanocomposite. Aramid particles containing nanocomposites (without PTFE) exhibited the best wear and friction behavior under low amplitude oscillating wear conditions among the selected composites. The wear mechanisms were studied by scanning electron microscopy.     

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。