聚四氟乙烯及其复合材料的转移与磨损

本文对聚四氟乙烯(PTFE)的分子特征与结构特性、PTFE的转移行为及对其磨损的影响、影响转移膜生成的因素、PTFE转移膜与底材相互作用的本质,转移膜剥落形成磨屑的考察、PTFE结晶度对粘着磨损及摩擦的影响和PTFE基复合材料的特性及其摩擦学性能等进行了综述介绍。     

填料粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦学性能影响的数值模拟

利用离散元方法对Cu/PTFE复合材料与45钢摩擦副建立滑动摩擦模型,重点探讨了填充质量一定时,Cu颗粒粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响.模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45钢滑动摩擦过程中,在45钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成可以降低PTFE基复合材料的磨损;随着Cu粒径的增大,摩擦转移量呈增加趋势,说明一定范围内,较大粒径的Cu填充PTFE基复合材料更加有利于转移颗粒层的形成;滑动摩擦系数随着Cu粒径的增大呈减小趋势;PTFE基复合材料的磨损量、磨损率均随Cu粒径的增大先增加后减小.     

填充聚四氟乙烯对尼龙6摩擦磨损性能影响的研究

用Timken试验机考察了热压成形的PTFE填充尼龙6在干摩擦状态下的摩擦磨损性能及PTFE填充量、滑动速度和负荷对摩擦磨损的影响,并用X-光电子能谱仪(XPS)和电子探针(EPMA)研究了金属偶件摩擦表面转移膜的组成与形貌。结果表明,在给定的试验条件下,填充PTFE能够有效地改善尼龙6的摩擦磨损性能,PTFE的填充量在8～20％(vol)之间时的效果较好,8％PTFE填充尼龙6的PV值可比纯尼龙6的高1倍;填充PTFE的效用主要取决于转移膜的特性和PTFE在转移膜中的富集量。     

碳纳米管改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

评价了用不同含量碳纳米管(CNTs)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CNTs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及磨屑形貌,并探讨其磨损机理.结果表明:CNTs能够提高PTFE复合材料的硬度和冲击强度,在本文研究范围内,当CNTs的质量分数为7%时,PTFE复合材料的力学性能最佳;CNTs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10%时,PTFE复合材料的耐磨损性能最佳.纤维状碳纳米管可以阻止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其减摩耐磨作用的主要原因.     

聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了聚四氟乙烯(PTFE)和MoS2填充聚酰亚胺(PI)复合材料在干摩擦下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能，并利用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了PI复合材料及其偶件磨损表面形貌和元素面分布．结果表明，PTFE和MoS2均可降低PI的摩擦系数，其中PI 30％MoS2复合材料的减摩性能最佳，其摩擦系数同纯PI的相比降低了约50％．除PI 10％PTFE 20％MoS2外，其它几种复合材料的抗磨性能均明显优于纯PI，其中PI 20％PTFE 10％MoS2复合材料的抗磨性能最佳，其磨损率比纯PI的低1个数量级．PI复合材料的摩擦磨损性能同其在偶件磨损表面形成的转移膜的性质密切相关，当转移膜厚度适当且分布较均匀时，PI复合材料的减摩抗磨性能良好．     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料摩擦学性能研究

针对川西平原地区实际降雨环境,开展了PTFE/Kevlar航空器关节轴承衬垫材料往复磨损试验,通过分析摩擦系数、磨痕损伤形貌以及磨损表面化学成分的演变规律,探究了雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料的摩擦磨损特性.结果表明：雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料磨损损伤行为表现为PTFE纤维变形、破碎、转移以及Kevlar纤维变形和疲劳断裂.雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料的磨损过程可分为3个阶段：前期(N<1000)、中期(1000≤N<5000)和后期(N≥5000),分别是PTFE逐渐转移阶段、PTFE转移膜形成阶段以及转移膜破坏阶段.从磨损前期到中期,摩擦系数减小,最大磨痕宽度和最大磨痕深度增加,磨痕区域F元素含量增加、C元素含量减少;从磨损中期到后期,摩擦系数增加并波动,最大磨痕宽度和最大磨痕深度持续增加,磨痕区域F元素含量减小、C元素含量增加.结果表明雨水环境会促使转移膜快速剥落和破坏,因此,应尽量避免自润滑PTFE/Kevlar衬垫型关节轴承长时间在阴雨天气下使用.     

氧化锌晶须填充尼龙复合材料的滚动摩擦性能

采用热压成型法制备氧化锌晶须(ZnOw)填充PA1010复合材料,在牵引滚动摩擦磨损试验机上研究复合材料的滚动牵引摩擦磨损性能,采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察分析磨损表面及其转移膜形貌.结果表明:复合材料的牵引力系数、蠕滑比和磨损量随牵引负荷增加而升高;在同一牵引负荷条件下,蠕滑比和磨损量随ZnOw含量增加先降低而后增加,当ZnOw含量为10%和15%时,复合材料的蠕滑比和磨损量较低;尼龙基体的主要磨损机理为严重的塑性流动和基体溃裂,并伴有轻微粘着;当ZnOw含量为10%和15%时,犁沟是复合材料的主要磨损机制,同时在偶件表面形成了结构致密的转移膜;填充20%ZnOw的复合材料的磨损表面出现表层脱落,同时在偶件表面形成层状转移膜.     

碳纤维的长度与取向对聚醚醚酮基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了制备性能优异的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑耐磨材料,本文作者通过挤出、注塑成型制备了碳纤维(CF)填充PEEK/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,研究了CF的含量、长度及其在复合材料中的取向对复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌,并分析了磨损机理. 研究结果表明:复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率随CF添加量的增大均呈现先降低后升高的趋势. 当添加的CF质量分数大于10%时,长CF所填充复合材料的平均摩擦系数明显低于短CF填充复合材料. 当固定CF质量分数为10%时,复合材料在不同CF取向方向上的滑动摩擦磨损行为存在较大差异:X向(熔体流动方向)上滑动时,滑动方向与CF取向排列方向一致,平均摩擦系数较低,但体积磨损率较高;在Y滑动方向上(X的垂直方向)滑动时,平均摩擦系数较高,但体积磨损率较低.      

宽温域环境中聚四氟乙烯及其复合材料摩擦学性能研究

对比研究了?100~100 ℃范围内聚四氟乙烯(PTFE)及三氧化二铝/聚四氟乙烯(Al₂O₃/PTFE)复合材料的摩擦学性能. 研究结果表明,PTFE因为蠕变,在升温过程中摩擦系数逐步降低,磨损率逐步升高. 而引入Al₂O₃填料会显著影响PTFE的摩擦学行为,Al₂O₃/PTFE的摩擦系数普遍比PTFE高,而磨损率比PTFE低. 摩擦学机理表明,滑动过程中形成的摩擦膜是决定摩擦学行为的关键因素. 这对极端工况条件下高分子复合材料的设计具有重要的指导意义.      

碳纤维和氟化钙协同提高PTFE摩擦学性能研究

聚合物复合材料由于其自润滑特性和化学稳定性高等优势,在汽车和装备领域运动机构的摩擦学设计中发挥着越来越重要的作用.本研究系统考察了氟化钙(CaF₂)颗粒的加入对聚四氟乙烯(PTFE)和碳纤维(CF)增强PTFE材料摩擦学性能的影响规律.研究发现,在PTFE中添加CaF₂颗粒可明显改善基体材料的抗磨性能.尤其,与分别填充有CaF₂陶瓷颗粒或CF的PTFE材料相比,同时填充CaF₂和CF的PTFE多元复合材料的耐磨性能分别提高了11.1和2.47倍. CF与CaF₂表现出显著的协同抗磨作用,同时该多元复合材料表现出极低的特征磨损率[8.9×10^-7 mm³/(N·m)]和优异的自润滑性能.通过多种表征手段深入分析了金属对偶表面生长转移膜的微观结构以及界面的物理化学反应和产物.结果表明,PTFE发生摩擦化学反应并生成的羧酸基团,随后与CF研磨产生的石墨碳、破碎的CaF₂以及其摩擦化学反应产物碳酸钙(CaCO_3...     

聚四氟乙烯对齿轮润滑成膜膏润滑性能的影响

作者以聚四氟乙烯(PTFE)为固体润滑剂填料对GM型齿轮润滑成膜膏进行了改进,并且研制出了两种新的成膜膏系列产品。经四球试验机、动静摩擦系数精密测定仪和SRV试验机评价的结果表明,添加PTFE的GM-2型成膜膏的承载能力和减磨性能都明显地比未添加的好;以PTFE为主要固体润滑剂填料的GM-3和MFC-1型两种润滑成膜膏也都具有良好的润滑性能,其中后者的性能与含PTFE的GM-2型成膜膏的接近。通过对摩擦轨迹的电子探针检测发现,PTFE在摩擦过程中于摩擦表面形成了转移膜,因而改善了润滑成膜膏的摩擦学性能。     

纳米及微米颗粒改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纯玻璃纤维织物以及辐照聚四氟乙烯(PTFE)粉末、MoS2粉末、纳米TiO2和纳米CaCO3填充改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明，辐照PTFE粉末和纳米TiO2可以明显提高玻璃纤维织物复合材料的减摩抗磨性能，且辐照PTFE粉末的减摩抗磨效果明显优于纳米TiO2；当PTFE的质量分数为10％时，PTFE改性玻璃纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最好．MoS2和纳米CaCO3则使得玻璃纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率明显增大，其中纳米CaCO3填充玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最差。     

粘结剂特性对填充树脂复合材料摩擦学性能的影响

采用酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂和聚四氟乙烯（PTFE）作为粘结相,通过填充一定配比的石墨、焦炭及碳黑制备了3种树脂基复合材料电刷试样,并在MM-200型摩擦磨损试验机上对比考察了复合材料试样与铜对摩时的摩擦磨损性能,结果表明,与未改性的酚醛树脂基复合材料相比,改性酚醛树脂基复合材料由于韧性提高和硬度降低,因而磨损加剧;但相应的偶件铜环的磨损有所减轻,PTFE基复合材料具有良好的综合性能,偶件铜环的磨损亦较小,因此是一种潜在的高性能电刷复合材料。     

稀土处理炭纤维填充聚四氟乙烯复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究

研究了稀土元素(RE)处理炭纤维表面的最佳添加量和不同炭纤维表面处理对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦条件下摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电子显微镜对其磨损表面进行观察和分析.结果表明:当稀土元素在表面改性剂中的含量为0.3%时,炭纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能最佳;在干摩擦条件下,表面处理炭纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数比未经处理炭纤维填充聚四氟乙烯复合材料的低,且其耐磨性较好;稀土处理使得复合材料的界面强韧性得到明显改善,从而提高了其摩擦磨损性能.     

内装摩擦试验机的SEM及其在观察固体润滑膜磨损过程中的应用

作者研究了固体润滑膜的摩擦与磨损,特别强调的是使用了内装栓-盘式摩擦试验机的扫描电镜(SEM)和能量色散X-射线分析仪研究膜的磨损率。该仪器具有半定量测量磨痕上膜厚横截面分布的优点,因而可获得膜磨损率的结果。 在5N负荷、各种气氛下,以0.3～1.0mm/s的滑动速度对溅射MoS_2膜、离子镀铅膜和溅射聚四氟乙烯(PTFE)膜进行了试验。 氧气的存在响影MoS_2膜的磨损率。MoS_2膜在氮气和真空中的磨损率比在空气和氧气中的大一个数量级。这表明,氧气的存在对降低磨损率是有益的,至少在滑动起始阶段如此。与MoS_2膜相反,铅膜在含氧气氛中迅速磨损。在所有气氛中,它们的磨损率几乎比MoS_2膜的大三个数量级。PTFE膜的磨损率几乎不受气氛的影响。     

无机纳米微粒及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

以纳米Al2O3、纳米TiO2及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料，利用热压成型方法分别制备了纳米Al2O3-PTFE及纳米TiO2-PTFE填充聚醚醚酮(PEEK)复合材料；采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米微粒对复合材料摩擦学性能的影响；采用扫描电子显微镜观察分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：纳米微粒和PTFE作为复合填料可以显著改善PEEK的摩擦学性能，其改善效果同纳米微粒的填充量相关；当纳米填料的质量分数相同时，PEEK／PTFE／nano-TiO02复合材料的摩擦磨损性能明显优于PEEK／PTFE／nano-Al2O3复合材料；含纳米Al2O3的复合材料磨损表面呈现严重塑性变形特征，且塑性变形程度随纳米微粒含量增加而增大，而含纳米TiO2的复合材料磨损表面塑性变形轻微．     

固体润滑透平轴承 第三部分:在316℃下与陶瓷对摩的复合材料的发展

将以前与M-50钢对摩进行过评价的三维石墨纤维编织物增强的聚酰亚胺基自润滑保持架复合材料,在316℃下与热压氮化硅对摩进行了摩擦磨损试验,以确定其与陶瓷材料对摩时在摩擦学性能方面的变化。这些材料将应用在固体润滑的采用高比强度陶瓷滚动元件的高速透平轴承中。试验结果表明,这些复合材料与热压氮化硅对摩时的摩擦和磨损都急剧增大。这是由于从氮化硅环上发生了细小磨屑的物理和(或)化学转移,以及这些磨屑转移到复合材料表面上的缘故。调整复合材料中纤维和聚合物基体的比例,以及用所研究过的两种固体润滑剂混合物之一都可以降低摩擦与磨损。     

表面织构对PTFE复合材料摩擦磨损行为的影响

为了研究表面织构对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦磨损性能的影响规律及其作用机理,采用BBD响应面法对试验进行设计与分析,利用LSR-2M往复摩擦试验机测试了复合材料的摩擦学性能,建立了织构参数与摩擦系数和体积磨损率之间的二次回归模型,研究了槽宽、间距和角度参数及其交互作用对复合材料摩擦学性能的影响. 结果表明:二次回归模型显著,拟合精度分别为82.9%和83.2%,预测出槽宽323.2 μm、间距295.4 μm、角度88.7°时摩擦系数存在最小值0.147,槽宽331.1 μm、间距307.6 μm、角度87.6°时体积磨损率存在最大值8.11×10?5 mm3/(Nm);织构增大了初始摩擦系数和体积磨损率,但有利于储存磨屑,在接触应力作用下磨屑中的纳米粒子与槽底及侧面的粗糙峰形成了机械互锁,提高了磨屑的附着力,促进了转移膜的生成.      

可熔融加工PTFE对FEP在干/湿环境中摩擦磨损性能的影响

为建立含氟聚合物的使用性能与干湿工作环境的关系,采用热压成型的方式制备聚四氟乙烯(PTFE)试样,并通过挤出注塑成型方法制得可熔融加工PTFE (M-PTFE)/聚全氟乙丙烯(FEP)共混物.研究PTFE和FEP的相关性能,特别是M-PTFE/FEP共混物的力学性能以及在干、湿状态下的摩擦磨损性能.结果表明：在研究的配比范围内,共混材料的拉伸强度随着M-PTFE含量的增加而增大.干摩擦条件下,M-PTFE的质量分数≤20%时,增加MPTFE含量可降低试样的摩擦系数与体积磨损率,但M-PTFE的质量分数达到30%时两个参数均会增大.湿摩擦条件下,试样的摩擦系数和体积磨损率与M-PTFE的添加量之间无规律性,但都低于干摩擦条件的值.对磨面形貌的SEM照片分析表明：在干摩擦条件下,增加M-PTFE添加量会促进转移膜的形成和完善,但湿摩擦会抑制转移膜的形成.