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———————————————作者简介：李同生（1953—），男，教授，从事聚合物摩擦材料研究40余年。
PTFE 复合材料摩擦学性能的研究李同生辛元石（聚合物分子工程国家重点实验室复旦大学高分子科学系，上海200433）摘要：纳米科技、纤维化处理和新型材料等高新技术的发展为改善聚四氟乙烯（PTFE ）的耐磨性提供了新途径。
PTFE摩擦学改性的目的之一在于提升其抗蠕变性，而摩擦过程中PTFE 能否在对偶表面形成牢固附着的转移膜仍是PTFE 润滑、耐磨材料研究应倍加关注的重点。
关键词：聚四氟乙烯；复合材料；纳米技术；转移膜0前言众所周知，聚四氟乙烯（PTFE ）具有优异的润滑性、优良的耐腐蚀性和热稳定性。
然而，PTFE 具有耐磨性差、易发生低温蠕变（冷流）等固有缺点，很大程度上限制了其单独作为润滑材料的使用。
相关研究也几无例外地围绕着如何改善和提升PTFE 的抗蠕变性和抑制其特有的片晶滑移式磨损而展开。
近年来，纳米科技、纤维化处理和新型材料等高新技术的发展为此提供了有效的手段。
纳米PTFE 的小尺寸化，可以有效减小片晶滑移式磨损，仅2%（质量分数）的添加量就可以得到具有很好润滑性的聚甲醛自润滑材料［1］。
此外，通过将纳米PTFE 浸渍到微米至亚毫米级孔隙中，使其作为润滑剂固定在钢板－青铜粉烧结形成的多孔层上，可以制得氟塑料－铜粉烧结层－金属板材结构的三层复合材料。
纤维化使PTFE 高分子链得以在聚集形态和结构上得到改变，从而大幅度提升PTFE 的拉伸、抗压强度等宏观力学性能，同时也有效抑制了PTFE 的磨损。
通过摩擦学材料设计，将PTFE 纤维与芳纶等其他纤维以织物形式复合，并通过浸渍树脂等手段，可研制出高承载、高耐磨的自润滑衬里材料［2］。
利用金属基体的高强度将PTFE 约束在高力黄铜基材中而设计出的镶嵌型PTFE 自润滑材料，在显著提升其承载能力的同时，还具有摩擦因数小、耐磨寿命长、适用温度宽、抗冲击性能好及对粉尘等恶劣环境适应性强等优点，从而极大地拓宽了PTFE 在工程机械、水利水电工程等领域的应用。
聚四氟乙烯纳米复合材料的制备及其力学和摩擦学性能汪海风;徐意;申乾宏;樊先平;罗仲宽;杨辉【摘要】以添加表面活性剂的水为溶剂，采用溶剂混合法制备纳米 Al2 O3填充聚四氟乙烯（PTFE）复合材料，研究其力学性能和摩擦学性能，并与乙醇中分别制备纳米 Al2 O3填充 PTFE 复合材料进行比较。
结果表明：在相同 Al2 O3填充比例下，水中制备的复合材料的拉伸强度和硬度要低于乙醇中制备的复合材料，而断裂伸长率却要高于乙醇中制备的复合材料。
在200 N 和干摩擦条件下，当纳米Al2 O3质量分数为1％～5％时，水中制备的复合材料的磨耗量要低于乙醇中制备的复合材料，并较纯 PTFE 磨耗量下降了1～2个数量级；且水中制备的复合材料的摩擦因数也要低于乙醇中制备的复合材料。
复合材料磨痕处 SEM显示复合材料的磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损。
%Nanometer Al2 O3 filled PTFE composites were prepared in water containing surfactant and in ethanol,and their mechanical and tribological properties were investigated,respectively.The results show that the composites prepared in water exhibit lower tensile strength,lower hardness and higher elongation at break than that of composites prepared in ethanol at the same Al2 O3 contents.Under dry sliding condition of 200 N,the wear mass loss of the composites prepared in water,1 ~2 orders of magnitude lower than that of pure PTFE,is lower than that of the composites prepared in ethanol with Al2 O3 content in 1% ~5 %,and the friction coefficient of the composites prepared in water is also lower than that of the composites prepared in ethanol.The SEManalysis of the worn surfaces of the composites shows the wear mechanism of PT-FE composites is adhesive wear and abrasive wear.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】4页(P21-24)【关键词】聚四氟乙烯;纳米Al2O3;拉伸强度;断裂伸长率;磨耗量;摩擦因数【作者】汪海风;徐意;申乾宏;樊先平;罗仲宽;杨辉【作者单位】浙江大学浙江加州国际纳米技术研究院浙江杭州 310029;浙江大学浙江加州国际纳米技术研究院浙江杭州 310029;浙江大学材料科学与工程学系浙江杭州 310027;浙江大学材料科学与工程学系浙江杭州 310027;浙江大学材料科学与工程学系浙江杭州 310027;浙江大学浙江加州国际纳米技术研究院浙江杭州310029; 浙江大学材料科学与工程学系浙江杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】TH117.1聚四氟乙烯 (PTFE)具有优异的耐高低温、耐腐蚀、耐老化、不黏等性能，已广泛应用于航空航天、石油化工、机械电子等领域。
聚四氟乙烯材质
聚四氟乙烯材质标准
1.化学成分
聚四氟乙烯（PTFE）是一种高分子聚合物，由四氟乙烯（TFE）单体通过聚合反应形成。
在聚合过程中，可能添加其他氟代单体或非氟代单体以改变其物理和化学性能。
2.物理性能
聚四氟乙烯具有极高的耐热性，可在260℃下长期使用，且具有优良的耐低温性，在-196℃下不会脆化。
PTFE是一种无毒无味且难燃的物质，具有很高的抗紫外线稳定性。
3.热性能
聚四氟乙烯的热稳定性主要表现在其抗热氧化性能和高温下的稳定性。
在高温下，PTFE的分解温度超过400℃，即使在高温下，它的强度和模量也不会显著降低。
4.力学性能
聚四氟乙烯具有优良的力学性能，如高强度、高模量、低摩擦系数等。
它的摩擦系数是所有固体材料中最低的，具有自润滑特性。
5.耐腐蚀性
聚四氟乙烯具有极高的耐化学腐蚀性，能抵抗大多数酸、碱、盐等化学物质的侵蚀。
6.电性能
聚四氟乙烯在常温下的电绝缘性能很好，介电常数很低，在高温和频率变化时仍能保持良好的绝缘性能。
但聚四氟乙烯容易产生静电，集聚的静电可能会引发火花。
7.环境适应性
聚四氟乙烯在常温下具有优异的耐候性和化学稳定性，能够在恶劣的环境中保持性能的稳定性。
但是聚四氟乙烯不推荐用于暴露于紫外线和含有高能辐射的场合。
8.安全性能
聚四氟乙烯本身无毒，但在高温下可能与某些物质发生反应生成有毒物质。
此外，聚四氟乙烯在高温下可能释放出有毒气体。
因此，在使用聚四氟乙烯时应注意安全问题。
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。
有机填料填充聚四氟乙烯复合材料摩擦学及力学性能高贵;王宏刚;任俊芳;陈生圣【摘要】采用共混-冷压-烧结-整形的工艺制备有机物填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,考察相同含量的不同有机填料对PTFE复合材料力学性能和摩擦学性能的影响.结果发现,加入有机填料后,复合材料的拉伸强度降低,但硬度和压缩强度均提高;有机填料有效地改善了PTFE复合材料的摩擦学性能,其中,质量分数15％聚苯酯填充的PTFE复合材料减摩效果最好,质量分数15％聚酰亚胺填充的PTFE复合材料的耐磨损性能最优.相比之下,质量分数15％芳纶填充的PTFE复合材料摩擦磨损性能及力学性能最好,其耐磨损性能较纯PTFE提高了近400倍,而摩擦因数仅为纯PTFE的84％.其原因在于芳纶的加入有效地改变了摩擦机制,能形成均匀连续的转移膜,进而降低了磨损.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(039)006【总页数】4页(P83-86)【关键词】聚四氟乙烯;有机填料;力学性能;摩擦学性能【作者】高贵;王宏刚;任俊芳;陈生圣【作者单位】中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TB33;TH117.1聚四氟乙烯(PTFE)具有摩擦因数低、使用温度区间宽、表面能低等特点，在摩擦磨损领域中占有十分重要的地位。
但其硬度低，导热、耐磨损及耐高温蠕变性能差，在用于泵、轴承、无油压缩机、制冷机和活塞环等机械密封领域时存在磨损严重、压缩蠕变大和导热性差等缺点[1-4]，通常需要添加填料以改善这些缺点。
常用的填料主要有玻璃纤维、碳纤维、石墨、二硫化钼、青铜粉以及一些耐热性好的聚合物[5]。
第21卷第2期高分子材料科学与工程Vo l.21,N o.2 2005年3月POLYM ER M AT ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING M ar.2005 PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能X张招柱,曹佩弦,王 坤,刘维民(中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000)摘要:利用M M-200型磨损试验机,对不同填料填充PT FE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PT FE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PT FE复合材料的磨损,但其对P T FE复合材料性能的影响差别较大。
聚苯脂填充P T F E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。
P I增大了PT FE复合材料的摩擦系数,随着P I含量的增加,P T F E复合材料的拉伸强度增大,而其伸长率则减小。
CdO填充P T F E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PT FE复合材料的结晶度下降,从而导致P T F E复合材料的硬度减小、耐磨性变差。
关键词:P T F E复合材料;摩擦磨损;力学性能中图分类号:O631.2+1 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2005)02-0189-04 聚四氟乙烯(PTFE)是一种优异的固体润滑材料,它具有低的摩擦系数和良好的化学稳定性及热稳定性,但PT FE的耐磨性较差。
目前,人们已用不同种类的填料对PTFE进行填充改性,并对PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了大量的研究[1～4],但是淬火处理对PT FE复合材料摩擦学性能及力学性能影响的研究尚未见有详细报道。
本文着重采用聚酰亚胺、聚苯脂、CdO、Cu粉、玻璃纤维及炭纤维等对PTFE进行填充改性,利用MM-200型磨损试验机对PT FE复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了研究,并探讨了淬火处理对PT FE复合材料摩擦学性能及力学性能的影响。
1 实验部分将Cu粉、Pb粉、CdO粉、石墨(Gr)、玻璃纤维(GF)、炭纤维(CF)、聚酰亚胺(PI)、聚苯脂(Ekonol)等(粒度小于76L m)以一定的体积比添加到PT FE粉末(粒度39L m)中,混合均匀后冷压成型,然后在空气中自由烧结,其中部分样品作淬火处理。
样品尺寸为30m m×7mm ×6mm,对偶为直径40m m的45#钢环,样品及45#钢环表面均用900#水砂纸抛光打磨。
在室温、干摩擦条件下,利用M M-200型磨损试验机对PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了评价。
在每次试验前,将样品及对偶表面用丙酮棉球擦洗干净,并在空气中晾干。
本试验所选用的负荷为200N,速度为0.42m/s,摩擦磨损试验时间均为120min。
磨损量以试验后样品表面的磨痕宽度计。
通过测量摩擦力矩,进而计算出摩擦系数,摩擦系数取后60m in内的平均值。
硬度测定在布洛维显微硬度计上进行。
拉伸性能在LJ500型拉力试验机上进行,试样尺寸按GB/T1040-92规定,采用I型试样。
2 结果与讨论T ab.1给出了PT FE复合材料的摩擦磨损及力学性能测试结果。
可以看出,几乎所有填料均可大大降低PT FE复合材料的磨损,极大地提高PTFE复合材料的耐磨性。
同时,填料的加入均在不同程度上提高了PT FE复合材料的硬度,但却降低了PT FE复合材料的拉伸强度(5#样品除外)和伸长率。
在本试验所选用X收稿日期:2003-06-03;修订日期:2003-08-08 作者简介:张招柱(1965-),男,博士,研究员. E-mail:zz zhang@的填料中,聚苯脂具有良好的减磨效果,从而使聚苯脂填充的两种PT FE 复合材料(2#和3#样品)具有良好的耐磨性,但是这两种PTFE 复合材料的拉伸强度较小。
而CdO 则降低了PT FE 复合材料的摩擦系数,从而使CdO 填充的两种PT FE 复合材料(7#和8#样品)具有良好的摩擦性能,但是这两种PT FE 复合材料的耐磨性较差。
炭纤维和石墨填充PT FE 复合材料(13#样品)的摩擦磨损性能虽然较差,但是其拉伸强度和伸长率则较大。
而Cu 粉和炭纤维填充的PTFE 复合材料(5#样品)的综合摩擦、磨损及力学性能则较好。
Fig.1～Fig.4分别给出了PI 的添加量对PTFE 复合材料的摩擦系数、磨痕宽度、伸长率和拉伸强度的影响。
由Fig .1可以看出,PI 填充增大了PTFE 复合材料的摩擦系数,而且Tab .1 Properties of the PTFE compositesNo .of sam ple PTFE compos itesFriction coefficientW idth of w ear scar (mm )T ens ile s trength (M Pa )Tension rate (%)Hardness (HB )1#PT FE0.1815.623.162154.32#PT FE +Ekonol 0.18 2.9310.04 6.33#PT FE +Ekonol +PI 0.19 2.8914.36 6.44#PT FE +Cu +Glass fiber 0.20 3.5120.0576 5.55#PT FE +Cu +C arbon fiber 0.18 3.1032.30104 6.56#PT FE +Cu +Pb +Graphite 0.19 3.2717.8428 5.77#PT FE +CdO0.16 3.6714.96161 5.08#PT FE +CdO +Carbon fiber 0.16 5.9919.72104 5.99#PT FE +30(v )%PI 0.21 3.4914.6062 5.410#PT FE +40(v )%PI 0.25 3.5115.95307.011#PT FE +50(v)%PI 0.23 3.4217.64217.312#PT FE +60(v)%PI0.27 3.4521.91187.113#PT FE +Graph ite +Carbon fiber0.274.1721.641265.4190高分子材料科学与工程2005年 PT FE 复合材料的摩擦系数基本上随着PI 含量的增加而增大。
Fig .2的结果表明,PI 填充大大降低了PTFE 复合材料的磨损;但在本试验的PI 添加量范围内,随着PI 含量的进一步增大,PI 含量的增加对PT FE 复合材料的耐磨性影响不大。
Fig .3的结果表明,PI 填充PT FE 复合材料的伸长率基本上随着PI 含量的增加而减小。
Fig.4的结果则表明,PI 填充PT FE 复合材料的拉伸强度先随PI 添加量的增加而减小,然后又随PI 添加量(30%～60%)的增加而增大。
Fig .5 Variations of friction coefficients (L )with load forEkonol filled PTFEcompositesFig .6 Variation of the width of wear scar with load forEkonol filled PTFE composites Fig.5和Fig.6分别给出了聚苯脂填充PT FE 复合材料(2#样品)的摩擦系数及磨痕宽度随负荷的变化曲线。
可以看出,聚苯脂填充PT FE 复合材料(2#样品)的磨痕宽度随负荷的增大而增大,但其摩擦系数却随负荷的增大而减小。
Tab .2给出了纯PT FE 在自由冷却和淬火处理两种不同工艺条件下拉伸强度和伸长率的测试结果。
可以看出,淬火处理对PT FE 的拉伸强度影响不大,但却增大了PTFE 的伸长率。
X 射线衍射(XRD)分析结果表明,经淬火处理的PT FE 样品的结晶度低于自由冷却的PTFE 样品的结晶度。
所以,PT FE 材料结晶度的大小对其拉伸强度的影响不大,而伸长率则随结晶度的降低而增大。
Tab .2 Ef fects of quench on the tensilestrength and tension rate of PTFETensile strength (MPa )F ree cooling Water quenchT ensi o n rat e (%)F ree c o olingWa ter quench18.5918.57257286Fig .7 Ef fect of quench on the friction coefficients (L )ofPTFE composites□:free cooling ;■:w ater quench .Fig .8 Effect of quench on the width of wear scar of PTFEcomposites□:free cooling;■:w ater quench.Fig .9 Eff ect of quench on the hardness of PTFE composites□:free cooling;■:w ater qu ench.Fig .7～Fig .9分别给出了淬火处理对PTFE 复合材料的摩擦系数、磨痕宽度及硬度的影响。
Fig.7的结果表明,淬火处理使PT FE +30(v )%PI 复合材料的摩擦系数明显增大,但对其它几种PTFE 复合材料的摩擦系数则影响不大。
Fig.8的结果表明,除聚苯脂填充PTFE 复合材料(2#样品)外,淬火处理使其它几种PT FE 复合材料的磨损增大,耐磨性降低。
而Fig.9的结果则表明,淬火处理均在不同191 第2期张招柱等:PTFE 复合材料的摩擦学性能及力学性能程度上降低了PTFE复合材料的硬度。
综合T ab.2及Fig.7～Fig.9的结果可以看出,淬火处理使PT FE复合材料的结晶度降低,从而导致其硬度减小,伸长率和磨损增大(聚苯脂填充PTFE复合材料的耐磨性除外)。
淬火处理使PTFE+30(v)%PI复合材料的摩擦系数明显增大,但对其它几种PTFE复合材料的摩擦系数则影响不大。
所以,淬火处理不利于PT FE复合材料综合性能的改善。
参考文献:[1] T anaka K,in Friction an d W ear of Polymer C om pos-ites.Friedrich K.(ed).Ams terdam,Elsevier,1986:137～174.[2] Bahadur S,Tabor D.Wear,1984,98:1～13.[3] Lancas ter J K.J.Phys.(D),1968,1:549～559.[4] 张招柱(ZH ANG Zhao-zhu),薛群基(XUE Qun-ji),刘维民(LIU W ei-min),等.摩擦学学报(T ribology),1997,17(1):45～52.STUDY ON TRIBOLOGICAL AND MECHANICALPROPERTIES OF PTFE COMPOSITESZHANG Zhao-zhu,CAO Pei-xian,WANG Kun,LIU Wei-min(State K ey L abor atory o f S olid L ubrication,L anz hou Institute o f ChemicalP hy sics,Chinese Academy of Sciences,L anz hou730000,China)ABSTRACT:T he friction and wear properties of PT FE composites filled w ith different filler s w er e studied by using an M M-200w ear tester,then the effects of w ater quench treatm ent on the tribo logical and m echanical proper ties o f the PTFE com posites w ere investigated.Ex perimental results show that the w ear of the PTFE co mpo sites can be gr eatly reduced by the filler s,but the effects of fillers on the pr operties of PTFE co mposites are differ ent.T he PTFE composites filled w ith Ekonol have excellent frictio n and w ear properties,but its tensile strength is low.The filler of PI in PT FE increases the friction co efficients of the PTFE com posites.With the increase of the co ntent o f PI in PTFE,the tensile streng th o f the PT FE composites incr eases,but its tension rate decreases.T he PT FE co mpo sites filled w ith CdO hav e excellent frictio n pr operties,but its tension rate is hig h.Water quench treatment reduces the crystalline density of the PT FE co mpo s-ites,and this leads to the decrease of the har dness and anti-w ear properties of the PTFE co mpo s-ites.Keywords:PTFE co mposites;frictio n and w ear;m echanical pro perties192高分子材料科学与工程2005年 。
