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目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1 自润滑复合材料的研究及应用 (3)1.2 自润滑复合材料的类型 (3)1.3 自润滑复合材料及其摩擦学研究现状 (5)1.4 PTFE基三层复合材料的研究及应用 (5)1.5本论文研究的目的及内容 (7)第二章 PTFE三层复合材料实验测试 (8)2.1 实验装置 (8)2.2 实验条件 (9)2.3 实验小结 (10)第三章不同填料组合对复合材料摩擦学性能的影响 (11)3.1 三层复合材料的配方 (11)3.2 干摩擦条件下的实验结果和分析 (11)3.2.1 实验条件 (11)3.2.2 实验结果 (12)3.2.3 实验分析 (13)3.3 边界润滑条件下的实验结果和分析 (22)3.3.1 实验条件 (22)3.3.2 实验结果 (22)3.3.3 实验分析 (23)3.4 油润滑条件下的实验结果和分析 (33)3.4.1 实验条件 (33)3.4.2 实验结果 (33)3.4.3 实验分析 (34)3.5 本章小结 (43)第四章不同填料的PTFE基三层复合材料磨损机理分析 (44)4.1 不同填料加入量对磨损机理的影响 (44)4.1.1 石墨加入对磨损机理的影响 (44)加入对磨损机理的影响 (45)4.1.2 MoS24.2 填料种类对磨损机理的影响 (46)4.3 多种填料协同添加对磨损机理的影响 (47)4.4 本章小结 (49)第五章结论及展望 (50)5.1 结论 (50)5.2 展望 (50)致谢 (50)参考文献 (50)插图清单未找到图形项目表。
图4.1.2干摩擦12#和13#光学显微照错误!未定义书签。
图4.2 干摩擦22#和23#光学显微照 .................................... 错误!未定义书签。
图4.3 干摩擦10#，12#和14#光学显微照 (49)表格清单未找到图形项目表。
聚甲醛的研究进展聚甲醛1955年前后杜邦公司由甲醛聚合得到甲醛的均聚物。
聚甲醛为热塑性结晶聚合物。
由于其具有类似金属的硬度、强度和刚性，被誉为“超钢”或者“赛钢”，又称聚氧亚甲基。
英文缩写为pom。
聚甲醛又可以分成两大类：均聚甲醛和共聚甲醛。
均聚甲醛就是甲醛或是三聚甲醛的均聚物，碳-氧键的存有并使大分子民主自由转动难，因此它的流动性不好，液态的冲击强度低。
共聚甲醛就是三聚甲醛和二氧五环的欢聚体，其主链上存有碳-碳键，碳碳键对水解存有中止促进作用，因此共聚物的热稳定性较好。
均聚甲醛的结构式聚甲醛（pom）就是一种性能优良的工程塑料，存有“夺下钢”、“超钢”之表示。
它就是一种没侧链，高密度，低结晶性的线性聚合物，具备出色的综合性能够。
它的力学性能主要整体表现为存有相似金属的硬度、强度和刚性；在很阔的温度和湿度范围内都具备较好的自润滑性；具备较好的耐热烦躁性；摩擦性能非常出色；尺寸稳定性不好，产品的尺寸精度高。
pom以高于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所攻占的市场，例如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，自问世以来，pom已经广为应用于机械、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。
当然随着对pom进一步的研究，pom在很多新领域也崭露头角，例如医疗技术、运动器械等方面，pom也整体表现出来较好的快速增长态势。
接下来就总结一下pom在各个领域的应用。
首先在机械方面由于聚甲醛具备硬度小、耐热、耐烦躁、冲击强度低、尺寸稳定性不好、存有自润滑特点，因而被大量用作生产各种齿轮、滚轮、轴承、输送带、弹簧、凸轮、螺栓及各种泵体、壳体、叶轮摩擦轴承等机械设备的结构零部件。
在汽车工业中聚甲醛的应用量也是较大的。
用聚甲醛制作的零件具有减少润滑点、耐磨、便于维修、简化结构、提高效率、降低成本、节约铜材等良好效果。
代替铜制作汽车上的半轴、行星齿轮等不但节约了铜，而且提高了使用寿命。
在建筑中，由于其硬度小、耐热、耐烦躁、冲击强度低，pom可以搞自来水龙头、窗框、盥洗盆、水箱、门帘滑轮、水表壳体和水管接头等。
PTFE编织复合材料摩擦特性研究刘建;张永振;杜三明;刘敬超【摘要】The dry friction tests of PTFE braided composites were carried out on high-speed tribo-test-er with speed, load as variables. The influence of different speed, load on the friction coefficient were analyzed. The results show that friction coefficient is stable reducing trend and finally stabilized with increasing load. Friction coefficient with the speed of change trend is: between 10-20kN, with increasing of the frequency, friction coefficient gets a minimum value and then rises to a steady value. The influence of the load on the friction coefficient is greater than that of frequency on the friction coefficient. Through the analysis of the microstructure of the liner using scanning electron microscope, the influences mechanism of speed, load on the friction coefficient was explained.%在高速摩擦磨损试验机上以摆动频率、载荷为变量对PTFE编织复合材料进行于摩擦性能测量实验,分析摆动频率、载荷对摩擦因数的影响规律.结果表明:材料的摩擦因数随载荷增大呈稳定降低趋势,最后趋于平稳.在20～40kN载荷范围内,摩擦因数随摆动频率的增大经过一个最小值后上升到稳定值.载荷对摩擦因数的影响大于频率的影响.通过扫描电子显微镜对不同载荷频率下产生的PTFE编织复合材料转移膜的分析,从微观上解释了摆动频率、载荷影响PTFE编织复合材料摩擦因数的作用机理.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2012(000)008【总页数】4页(P69-72)【关键词】PTFE;载荷;频率;摩擦因数【作者】刘建;张永振;杜三明;刘敬超【作者单位】西北工业大学机电工程学院,西安710072;西北工业大学机电工程学院,西安710072;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH117PTFE（Polytetrafluoroethene）聚四氟乙烯编织复合材料由芳纶纤维、炭纤维等增强纤维以及石墨、MoS2，CuS等减摩抗磨固体颗粒组成的织物材料。
石墨填充聚四氟乙烯基复合材料的摩擦学性能李文忠，王黎钦，古乐，郑德志哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江省哈尔滨市 150001E-mail: wenzhonglee@摘要：为了研制PTFE基粘弹-摩擦型阻尼材料，采用机械共混-冷压成型-烧结的工艺制备了石墨/聚苯硫醚/聚醚醚酮混合填充PTFE基复合材料，利用环-块式磨损试验机，在干摩擦条件下考察了复合材料的摩擦学性能；并用扫描电镜观察了磨损表面形貌，研究了复合材料的磨损机理。
结果表明：PTFE含量不同的复合材料，随石墨填充量的增大，摩擦系数和磨损率的变化趋势不同，磨损主要由犁削、粘着和疲劳剥落中的一种或几种引起；适当配比的PTFE基复合材料具有较好的摩擦阻尼性能，能够满足粘弹-摩擦阻尼材料的要求。
关键词：聚四氟乙烯石墨复合材料摩擦学性能1. 引言聚四氟乙烯（PTFE）具有优异的物理化学性能，耐腐蚀性极强，耐高低温，是一种广泛应用的高性能工程塑料。
利用PTFE的粘弹阻尼和摩擦阻尼耗能，可以在苛刻环境下的机械装置中作为减振部件应用。
为了提高这种减振部件的阻尼性能，需要从提高减振材料的粘弹阻尼和摩擦阻尼两个方面研究。
为此，需要提高材料的摩擦系数，同时也要提高材料的耐磨性，以延长材料的使用寿命。
PTFE自身的摩擦系数很小，且耐磨性很差，限制了在减振工程中的应用。
而当其中添加某些无机颗粒或高分子聚合物后，材料的摩擦系数会提高，同时耐磨性可得到很大的提高，人们已经对填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了很多的研究[1~5]。
用于填充PTFE 的材料很多。
聚苯硫醚（PPS）和聚醚醚酮（PEEK）都具有机械强度高、耐热、耐腐蚀、耐磨、抗蠕变等性能，在PTFE中填充可大大改善耐蠕变性和耐磨性；在PTFE中填充石墨可明显提高耐磨性，及压缩蠕变性和导热性。
国内外有关石墨/PPS/PEEK混合填充PTFE基复合材料摩擦学性能的研究还未见报道，本文采用机械共混-冷压成型-烧结的工艺制备了石墨、PPS、PEEK混合填充PTFE复合材料，考察了干摩擦条件下石墨的含量对复合材料摩擦学性能的影响，并研究了材料的磨损机理，期望为PTFE基复合材料在减振中的应用提供依据。
PTFE的改性研究PTFE的改性研究尽管PTFE具有良好的物化性能，但是也存在一些缺陷，如其机械性能较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差、易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困难等，使其应用受到一定限制。
随着我国PTFE产能快速增加，加强PTFE改性技术研究与应用，开发新型高效的PTFE复合材料，已经成为目前国内PTFE的研究与发展方向。
可以通过增强、填充、复配和共混等多种手段对PTFE进行改性，以弥补自身缺陷，主要方法有表面改性、填充改性和共混改性。
一、表面改性PTFE极低的表面活性和不粘性限制了其与其他复合材料的复合，因此必须对PTFE材料进行一定的表面改性，以提高其表面活性。
常用技术有（a），表面活化技术：可以采用高能射线的辐射使其表面脱氟，在一定装置和条件下与其他材料氟化接枝；用一些惰性气体的低温等离子处理PTFE材料，发生碳-氟或碳-碳键的断裂，生成大量自由基以增加PTFE的表面自由能，改善其润湿性和粘接性；将PTFE 浸入熔融的醋酸钾中，在适宜温度下处理形成具有一定活性的活化层；PTFE在一定配比的氢氧化钠、二丙烯基三聚氰胺混合液中加热处理，可以提高其表面活性；PTFE经过一定强度和时间的电晕处理，可以形成可胶接的活化层。
（b），化学腐蚀改性：将PTFE经过一定化学试剂处理可以提高其表面活性，这些化学试剂可以是金属钠的氨溶液、萘钠四氢呋喃溶液、碱金属汞齐、五羰基铁溶液等。
（c ），表面沉积改性：将PTFE浸渍在某些金属氢氧化物的胶体溶液中，使得胶体粒子沉积在PTFE表面，从而增大其湿润性，改善其表面活性，而易于与其他材料复合。
上述表面改性方法主要适应于PTFE薄膜，改性后的薄膜广泛应用于化工防腐衬里、密封制品及润滑装置的设计与制造中。
二、填充改性目前填充PTFE制品是产量最大的PTFE树脂产品，通过在PTFE树脂填充无机类、金属类和有机高聚物类等不同填料来改善PTFE的耐压性、耐磨性和冷却性。
2006年9月第9期(总第181期)润滑与密封LUBR I CATI O N ENGI N EER I N GSep 12006No 19(serial No 1181)3基金项目:航空科学基金资助项目(04G52044)1收稿日期:2005-10-19作者简介:陶克梅(1969—),女,硕士研究生,主要从事固体自润滑复合材料研究1E 2mail:taokmei@1261com 1PTFE 、石墨与玻璃纤维填充聚甲醛的摩擦磨损特性研究3陶克梅 向定汉(南京航空航天大学材料科学与技术学院 江苏南京210016)摘要:用聚四氟乙烯(PTFE )、玻璃纤维(GF )和石墨填充聚甲醛(P OM ),采用热模压成型制备出4种复合材料。
在往复式滑动摩擦试验机上进行摩擦磨损实验。
实验条件为正压力518MPa,往复频率1Hz ,对摩面粗糙度R a 018μm 。
结果表明:经填充的P OM 复合材料的摩擦因数和比磨损率均有不同程度的降低,其中P OM +20%(质量分数)PTFE 的摩擦因数最低,P OM +20%PTFE +10%GF 的耐磨性最好。
扫描电镜分析表明P OM 材料的磨损机制以粘着磨损为主。
关键词:P OM;PTFE;复合材料;摩擦和磨损中图分类号:T H11711 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2006)9-103-3Fr i cti on and W ear Behav i or of P OM Filled withPTFE,Gl a ss F i ber and GraphiteTao Kem e i Xia ng D i ngha n(College ofMaterials Science and Technol ogy,Nanjing University of Aer onautics and A str onautics,Nanjing J iangsu 210016,China )Abstract:The tribol ogical behavior of polyoxy methylene (POM )filled with polytetrafluor oethylene (PTFE ),glassfibre(GF )and graphite was studied .P OM and POM composites were p repared by hot comp ressi on molding .W ear and fricti on tests were perfor med in a reci p r ocating sliding tribotester at r oom temperature at a no m inal p ressure of 5.8MPa and counterface roughness of R a 018μm.It is found that the coefficients of fricti on of POM composites is l ower than that of unfilled POM.The POM +20%PTFE co mposite exhibits the lowest coefficient of friction amongst all POM materials .By comparis on t o unfilled POM ,the s pecific wear rate for all filled co mposites decrease and the highest wear resistance is obtained for the POM +20%PTFE +10%GF co mposite .Worn surface analysis for POM and POM composites by scanning electr on m icroscopy shows that wear mechanis m is main adhesi on wear .Keywords:polyoxy methylene (P OM );polytetrafluor oethylene (PTFE );composites;friction and wear 聚甲醛(Polyoxy methylene,P OM )是一种高结晶性的工程塑料,具有刚性大、无噪声、耐疲劳、耐摩擦、极限pv 值高、成型加工方便和原料价廉易得等优点,作为有色金属的替代材料已在汽车、机床、化工和电气等行业得到广泛应用[1]。
然而纯POM 的摩擦因数偏大,不宜用作润滑材料。
为了降低POM 的摩擦因数,国内外学者进行了大量改性研究,并取得了较好的效果[2-3],如填充聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE )、二硫化钼、石墨、铅粉等等,以PTFE 效果最佳[4],且P OM +20%(质量分数,下同)PTFE 已制成商品。
Franklin 等人[5]研究了商用POM +20%PTFE 复合材料的摩擦磨损特性,分析了磨损率、对偶面表面形貌和转移膜特征之间的联系。
为了进一步改善POM 的摩擦磨损性能,本文作者将采用PTFE 、石墨与玻璃纤维(GF )等3种填料来填充P OM ,并进行对比研究,考察填料的混杂作用对POM 摩擦磨损性能的影响。
1 试验材料与方法111 试件的制备将POM 分别与PTFE 、石墨、玻璃纤维共混,高速搅拌后,加热至175～180℃,熔融后热压成型,成型压力20MPa 。
制备出4种P OM 试样:纯POM (A )、P OM +20%PTFE +10%GF (B )、P OM +20%PTFE +5%石墨(C )与POM +20%PTFE (D )。
每种试样加工成2件,共8件,用600#金相砂纸打磨抛光,每次试验之前用丙酮清洗试件和滑动轨道表面,然后用软布擦干。
112 实验方法本实验采用往复式滑动摩擦试验机,示意图见文献[6]。
试件的对摩件为滑动轨道,其材质为经调质处理的45#钢,硬度HRC 38,表面粗糙度R a 018μm,往复频率1Hz,往复行程14mm 。
本试验在相对湿度(55±3)%、室温干摩擦条件下进行,正压强518MPa 。
每组实验时间3h,总滑动距离300m 。
摩擦力与正压力均由计算机采集(采集频率为30Hz ),然后计算出摩擦因数,取2件试件摩擦因数的平均值,误差控制在15%以内。
在往复滑动过程中,复合材料的摩擦因数从零上升到最大值,然后从最大值下降到零。
根据每一往复周期中的最大值作出摩擦系数随滑动磨损距离变化曲线图。
采用数显温度测量表测量摩擦表面附近的温度,测量误差小于或等于±1℃,每隔5m in 测1次。
磨损量的测量采用称重法,用TG328A (S )分析天平(精度011mg )测出试件磨损前后的质量,计算其差值即得试件的质量损失。
取同种试件(2块)质量损失的平均值计算出比磨损率,比磨损率可根据以下公式求出:w =Δm ρF N S式中:w 为比磨损率(mm 3/(N ・m ));Δm 为磨损后的质量损失(mg );S 为滑动距离(m );ρ为材料密度(mg/mm 3);F N 为正压力(N )。
2 结果与讨论211 摩擦实验图1 POM 和POM 复合材料的摩擦因数随滑动磨损距离变化曲线从图1中可以看出,在实验初始阶段,POM 及其复合材料B 、C 、D 的摩擦因数均呈现上升趋势,材料A 和B 在滑动50m 后,摩擦因数较为稳定,分别在01198～01205和01183～01189范围内波动;材料C在达到稳定磨损阶段之前其摩擦因数一直呈现上升趋势;而材料D 虽然在起始阶段摩擦因数比复合材料C 高,但在整个滑动摩擦过程中比较稳定,其稳定值为0109左右。
在稳定磨损阶段,纯POM 摩擦因数最大,其值为01214,复合材料D 的摩擦因数最小,比纯POM 降低了58%,复合材料B 和C 的摩擦因数均高于复合材料D 。
所有P OM 材料中,复合材料D 的摩擦因数最低,是由于填充PTFE 的缘故,PTFE 能够在摩擦对偶面形成连续致密的转移膜,从而降低材料的摩擦因数。
复合材料B 摩擦因数比复合材料D 大是由于填充了刚性粒子玻璃纤维引起的,玻璃纤维通常具有较高的摩擦因数。
按常理推测,含有石墨与PTFE 的复合材料C 应该有较低的摩擦因数,然而实验并没有得到理想的结果,其原因是由于添加了石墨使材料变软,使摩擦副的实际接触面积增大,由Bowden 的简单粘着理论(摩擦力与真实接触面积成正比)可知,其摩擦因数变大,因此,复合材料C 的摩擦因数比D 大。
212 磨损实验POM 及其复合材料的比磨损率见图2。
从图中可以看出:纯P OM 的磨损率最高,其值达到2110×10-6mm 3/(N ・m )。
经填充的POM 复合材料的耐磨性均提高了,其中材料B 的磨损率最低,其磨损率比纯POM 下降了61%。
复合材料B 、C 、D 中均含有具有润滑作用的PTFE,摩擦过程中PTFE 在对摩面形成转移膜之后,使得复合材料与钢轨之间的摩擦转变为转移膜与复合材料表面之间的摩擦,因而磨损率低于纯POM 。
复合材料C 的磨损率高于复合材料D,是因为该材料以粘着磨损为主,且同时添加了PTFE 和较软的石墨,复合材料的硬度降低,导致其比磨损率增加[7]。
由此可见:同时填入PTFE 和石墨2种润滑剂对提高POM 耐磨性并没有起到协同作用。
复合材料B 的磨损率最低,主要是由于填充的玻璃纤维增强了复合材料的弹性模量和硬度,磨损表面存在的纤维,起到隔离对偶面并承受部分载荷的作用,使得表面发生变形和粘着的倾向减轻,且填充的PTFE 起了润滑作用,降低了玻璃纤维的脱落趋势,从而提高了复合材料的耐磨性。
为了进一步探索P OM 材料磨损性能,测定了摩擦过程中接触面温度,图3给出了接触面温度随滑动磨损距离变化曲线。
在稳定磨损阶段,由于纯POM 接触面的温度最高,导致磨损表面软化和变形,材料401润滑与密封总第181期容易粘着在对偶面上,粘附的材料不断被磨去并发生向对摩钢轨面的转移,致使该材料的磨损加剧[8]。
材料B 的温度高于材料D,其磨损率却低于材料D,是因为材料B 中含有玻璃纤维,温度升高后不易软化变形。
复合材料D 接触面的温度最低,是由于摩擦因数最小,因此摩擦过程产生的摩擦热也少些。
3 磨损表面形貌分析图4是纯P OM 、复合材料C 、复合材料D 的磨损表面SE M 形貌。
可以看出,纯P OM 磨损表面出现了严重的犁沟和粘着波纹(图4(a ))。
