PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能

———————————————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]。

PTFE性能
PTFE是目前使用最广泛的自润滑材料，摩擦系数小而且耐磨损。

化学结构为：
F F
∣∣
—[—C——C—]—n
∣∣
F F
PTFE产品配方丰富，性能优越。

可以满足各种工况条件的应用。

PTFE具有许多与众不同的理化性质：
物理性能：聚四氟乙烯塑料表面光滑，蜡状，极梳水。

一般为乳白色不透明。

但淬火制品具有一定的透明性。

平均密度为2.2。

力学性能：抗拉强度20.0~30.0MPa，断裂伸长率300%~400%。

弹性模量400 Mpa。

表面硬度大约为55-70HS。

PTFE之间的摩擦系数大约为0.01-0.04。

化学性能：能耐绝大部分强腐蚀性物质，至今尚无一种能在300℃以下溶解它的溶剂。

耐候性强。

可存放10年以上。

PTFE具有优良的耐高低温，耐腐蚀和介电绝缘性能。

通过改性可以提高它的机械强度，提高尺寸稳定性，提高耐磨性能等等。

第12期2020年4月No.12April ，2020基于冷压烧结成型的PTFE/PEEK 复合材料摩擦学及力学性能研究摘要：文章研究了聚醚醚酮（PEEK ）填充的聚四氟乙烯（PTFE ）复合材料的摩擦学及力学性能，随后研究了碳纤维改性的PTFE/PEEK 复合材料摩擦学性能。

PEEK 的加入降低了PTFE/PEEK 复合材料的滑动摩擦系数及磨损量，提高了PTFE/PEEK 复合材料的压缩性能，但是降低了材料的拉伸性能。

当PEEK 质量分数超过30%时，PTFE/PEEK 复合材料拉伸呈脆性断裂。

碳纤维加入PTFE/PEEK 复合材料，由于摩擦转移膜连续性变差，降低了复合材料的摩擦学性能。

关键词：聚醚醚酮；聚四氟乙烯；摩擦学；力学性能；冷压中图分类号：TB472文献标志码：A江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information夏炎，王孝刚，徐辉（南京肯特复合材料股份有限公司，江苏南京211162）作者简介：夏炎（1990—），男，安徽无为人，工程师，硕士；研究方向：特种工程塑料制备与成型。

0引言聚四氟乙烯（PTFE ）具有摩擦系数低、使用温度区间宽、耐化性优异、表面能极低等特点，在摩擦磨损及密封领域占有十分重要的地位。

但纯PTFE 耐磨性差、硬度低、高温机械强度损失较大，限制了其在运动组件、机械承载密封等领域的应用。

目前，人们通常采用填充及复合的方法改善其缺点。

常用的填料可分为无机物、有机物、金属及金属氧化物三类。

部分无机填料、金属及金属氧化物改性的PTFE 复合材料在作为动密封材料时容易损伤对偶，且存在比重大、机加工性能差、耐化性下降等缺点。

因此，研究者开发了一系列耐高温的芳杂环聚合物如聚苯酯（POB ）、聚苯硫醚（PPS ）、聚酰亚胺（PI ）、聚醚醚酮（PEEK ）和芳纶（AF ）等填充改性的PTFE 复合材料［1-2］。

PEEK 具有优良的综合性能，研究多集中使用PTFE 作为固体润滑剂改善PEEK/PTFE 复合材料的摩擦性能［3-4］。

不同填料填充PTFE复合材料的力学及摩擦磨损性能陈扶东;龚俊【摘要】采用共混-冷压-烧结制备工艺制备MoS2、聚酰亚胺和芳纶纤维填充的聚苯酯/聚四氟乙烯(POB/PTFE)复合材料,在MRH-3型高速环块摩擦磨损试验机和WD-W-200型万能材料试验机上考察不同填料对POB/PTFE复合材料力学性能和摩擦学性能的影响.实验结果表明:聚酰亚胺和芳纶与POB的协同润滑与减磨效应降低了POB/PTFE复合材料的摩擦因数与磨损量,并提高了复合材料的压缩模量和压缩强度;与MoS2/POB/PTFE复合材料相比,聚酰亚胺和芳纶纤维填充的POB/PTFE复合材料有着更好的力学性能、摩擦稳定性和耐磨性.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(039)005【总页数】5页(P13-16,46)【关键词】聚四氟乙烯;复合材料;摩擦学性能【作者】陈扶东;龚俊【作者单位】兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050;兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TB323;TH117.1聚四氟乙烯(PTFE)作为斯特林发动机［1］活塞杆密封材料具有摩擦因数低、化学稳定性好及热稳定性优异等特点，是一种特别适合于制作滑动部件的自润滑聚合物，在碟式斯特林太阳能热发电技术领域得到了广泛的应用。

但因其易蠕变和耐磨性较差，很难满足一些特殊工况下的使用要求，一般都通过向其中加一些填料对其进行改性以弥补其不足［2］。

常用的填充材料［3］包括无机填料［4］和有机填料。

一般认为，适量的填料在PTFE基体中可提高其承载能力、热稳定性以及摩擦磨损性能等，从而有效地阻止PTFE带状结构的破坏，改变磨屑的形成机制和磨损机制，使纯PTFE的带状磨屑转变为复合材料的小磨屑。

有些填料还可以起到增强摩擦转移膜与摩擦对偶件表面的结合力，促进转移膜的形成的作用，从而大大降低复合材料的磨损。

聚苯酯(POB)填充PTFE可明显降低材料的摩擦因数，这是因为在摩擦过程中，镶嵌在基体PTFE中的POB承担了大部分载荷，摩擦主要发生在对偶与POB之间，又因为POB有良好的自润滑性，它与对偶上形成的转移膜之间的摩擦因数很小，因此聚苯酯(POB)填充PTFE复合材料的摩擦因数及磨损率明显降低。

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。

PTFE及PEEK基复合材料的摩擦学特性探究摩擦学是探究材料间互相作用的学科，主要涉及摩擦、磨损和润滑等方面。

其中，复合材料是一种由两种或多种不同材料组合而成的材料，具有综合性能优异的特点。

因此，对于复合材料的摩擦学特性探究具有重要意义。

本文主要以PTFE（聚四氟乙烯）及PEEK（聚醚醚酮）为基础材料，探究复合材料的摩擦学特性。

PTFE是一种常见的无机高分子材料，具有良好的耐磨损性和化学稳定性。

PEEK是一种高性能工程塑料，具有高强度、高温特性和优异的摩擦学性能。

起首，混合PTFE和PEEK制备成复合材料。

通过加工技术，将PTFE颗粒与PEEK树脂进行混合，然后通过压力和温度的控制，使其固化成复合材料。

通过扫描电子显微镜观察材料表面形貌，结果显示PTFE和PEEK匀称分布于复合材料中，且形成了较为紧密的结合。

接下来，通过摩擦系数测试分析PTFE及PEEK基复合材料的摩擦学特性。

使用一台万能材料试验机，将试样固定在试验台上，然后通过施加一定的力，使试样与钢球发生摩擦。

同时，通过另一台力传感器测量并记录试样与钢球间的摩擦力。

在试验过程中，控制试验温度和速度，以模拟实际工况下的摩擦条件。

试验结果显示，PTFE及PEEK基复合材料具有较低的摩擦系数。

这是因为PTFE具有良好的自润滑性能，能够缩减试样与钢球之间的接触阻力。

而PEEK的高温性能和高强度使其在摩擦过程中具有较高的耐磨损性。

因此，PTFE及PEEK基复合材料的综合摩擦学性能得到了显著改善。

进一步探究发现，复合材料的摩擦学性能与材料比例、温度和压力等因素密切相关。

较低的PTFE含量会降低摩擦系数，而适量的PEEK含量能够提高复合材料的耐磨损性。

在高温条件下，PTFE及PEEK基复合材料的摩擦性能依旧稳定。

综上所述，PTFE及PEEK基复合材料具有良好的摩擦学特性。

通过合理的材料比例和加工工艺，可以有效改善复合材料的摩擦性能。

这对于工业领域中涉及到摩擦和磨损的应用具有重要意义，例如轴承、密封件和机械零件等。

PTFE塑料的力学性能与耐热性研究PTFE（聚四氟乙烯）是一种具有优异力学性能和耐热性的塑料材料。

本文将对PTFE塑料的力学性能和耐热性进行研究。

一、PTFE塑料的力学性能研究1. 强度与韧性PTFE塑料具有很高的强度和韧性。

它的抗拉强度和抗压强度都在很高的水平上，能够承受较大的力。

同时，PTFE塑料还具有较高的抗剪强度，能够有效抵抗剪切力的作用。

2. 弹性模量与硬度PTFE塑料的弹性模量相对较低，具有较好的弹性，能够在外力作用下发生弹性变形而不会永久变形。

此外，PTFE塑料的硬度也较低，表现为具有较好的柔韧性和变形能力。

3. 破裂韧性PTFE塑料具有很高的破裂韧性，即在受到冲击或外力作用时，能够有效抵抗裂纹的扩展和破裂的发生。

这使得PTFE塑料在工程领域中的应用十分广泛。

二、PTFE塑料的耐热性研究1. 热稳定性PTFE塑料具有良好的热稳定性，能够在高温环境下保持其力学性能和结构稳定性。

其耐热温度可达260℃，高于大多数塑料材料。

因此，在高温环境中使用PTFE塑料可以保证其长期稳定性。

2. 热膨胀系数PTFE塑料具有很低的热膨胀系数，即在温度变化时，其体积变化较小，因而不容易发生热变形。

这使得PTFE塑料可以在高温膨胀系数较大的环境下使用，而不会对工程造成不利影响。

3. 导热性PTFE塑料具有较低的热导率，能够有效隔热。

这使得PTFE塑料在工程领域中的隔热材料应用广泛。

例如，它可以用于制作高温环境下的绝热管道。

结论本文对PTFE塑料的力学性能和耐热性进行了研究。

结果表明，PTFE塑料具有优异的力学性能，包括强度、韧性和破裂韧性。

同时，它还具有良好的耐热性，可以在高温环境下长期稳定使用。

这些性能使得PTFE塑料在工程领域有着广泛的应用前景。

参考文献：1. Xin, L., Wang, X., Bai, W., & Wang, F. (2015). Effects of low temperature and high temperature on the mechanical properties of PTFE. Journal of Wuhan University of Technology (Materials Science Edition),30(3), 555-559.2. Wang, F., Xin, L., Bai, W., & Xu, C. (2016). Study on the impact toughness of PTFE under different temperatures. China Plastics, 30(1), 32-34.3. Chawla, K. K., & Azarudeen, R. M. (2011). Structure and properties of polytetrafluoroethylene: I. Crystallisation conditionings and mechanical properties. Bulletin of Materials Science, 34(4), 829-837.。