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工具箱塑料颗粒填料对聚四氟乙烯工程塑料改性的影响
编辑:慈溪颖兴电子科技有限公司  时间:2016-07-04

     工具箱塑料颗粒聚四氟乙烯(PTFE)具有化学惰性、耐高温和摩擦系数低等优异性能,使其成为化学、机械等工业为主的几乎所有产业部门不可缺少的重要材料之一。但PTFE也存在一些不足之处,如强度较小、硬度低、磨损率高、在外力作用下有较大的粘弹性变形和导热性差等,限制了PTFE在实际中的应用。为了使它能在要求较高的场合应用,须对PTFE进行适当改性。添加填料就是一种简单有效的方法,在PTFE中加入不同的填料,可使其物理和力学性能明显改变。本工作在MPV-200型摩擦磨损试验机上试验研究了MoS2、PbS、石墨、玻璃纤维、收穑日期:2001-07-09;修订日期:2001-0屮06基金项目:教育部科学技术重点资助项目(99104)碳纤维等填料对PTFE塑料的摩擦磨损性能的影响规律,用洛氏硬度计测定了填料对PTFE硬度的影响。对填料在PTFE中的作用机理进行了分析和讨论,为材料的结构和性能优化提供理论基础。

  2试验材料与方法2.1原料目,市售。

  2.2样品制备将称量好的(质量分数,下同)PTFE粉料和填料充分混合后冷压成型,然后放入加热至370°C±5的模具中,迅速加压至150MPa左右,在此压力下烧结2h,再冷却至< 100°C,取出制品,自然冷却至室温,再制成各种试样。

  王家序,等:填料对聚四氟乙烯工程塑料改性的影响2.3测试方法摩擦系数和磨损量(差重法)的测定在MPV- 200型摩擦磨损试验机上进行,试验前样品及对偶环表面用丙酮(分析纯)棉球擦洗干净;摩擦磨损试验的条件为:速度2.0m/s负荷200N,时间30min干摩擦;用摆锤式冲击试验机测定冲击禚度;用洛氏硬度计测定硬度。

  3结果及讨论3.1耐磨性是环块磨损试验时填料比例与磨损量的关系。可见MS2、PbS、石墨、玻璃纤维和碳纤维等填料均可大幅度提高PTFE的耐磨性。当填料比例达到15%时,可将PTFE的耐磨量降低2个数量级,并且玻璃纤维的减磨效果最佳,而M0S2的减磨效果最差,说明硬质刚性填料比软质填料的减磨性显著。这是由于适量的无机填料在PTFE基体中充当刚硬支撑点的作用,类似于“物理交联”,阻止了PTFE带状结构的大面积破坏,使其由纯PTFE的大片状磨损变为复合材料的小磨损,另外,随着PTFE的不断磨损,填料在磨损表面富积,起到了支承负荷的作用,从而提高了材料的耐磨性;填料的刚性越高,“物理交联”作用越强。(15%)后,摩擦表面的石墨润滑膜完全生成,再增加石墨添加量,PTFE摩擦系数遂趋于稳定。PbS填料对PTFE摩擦系数的影响比较特殊,一般情况下使摩擦系数变大,这是因为PbS填料本身的摩擦系数和刚性较大;但有时反而使摩擦系数降低,这是由于在摩擦过程中局部摩擦热使得摩擦表面的温度升高很多,以致PTFE和PbS发生化学反应,在摩擦表面形成了化合物润滑膜的缘故。二硫化钼对PTFE摩擦系数的影响比较小,仅使摩擦系数稍有增大,这是因为M0S2虽是优良的固体润滑剂,但本身摩擦系数较PTFE大,因而使得PTFE的摩擦系数稍有增大。

  填料、含量与耐磨性的关系3.2摩擦系数是环块试验时不同填料和不同含量与摩擦系数之间的关系。可见添加玻璃纤维和碳纤维对摩擦系数影响较大,使摩擦系数增大,这是因为磨损表面富积的玻璃纤维和碳纤维在正压力的作用下不能被重新嵌入PTFE基体中,又不具备自润滑作用的缘故。石墨使PTFE的摩擦系数变小,这是因为石墨是优良的固体润滑剂,摩擦系数很低,同时能在PTFE摩擦表面产生富积,形成润滑膜因而降低了PTFE的摩擦系数,但当石墨达到一定的添加量3.3冲击韧度可见,PTFE冲击禚度随着填料比例的增加而变化。MoS2、石墨等软性填料含量较低10%)时能提高PTFE的冲击禚度,这是由于适量的软性填料使PTFE复合材料的禚性增大;填料含量较高时反而使PTFE冲击禚度下降,是由于这些填料和PTFE基体的相容性差,过多的填料在PTFE基体中反而成了应力集中点,导致冲击禚度下降;碳纤维、玻璃纤维和PbS对PTFE冲击禚度的影响较大,使冲击禚度迅速降低,是由于这些填料本身的脆性大而引起的;因而在添加填料改进PTFE的摩擦磨损性能和提高表面硬度时,填料比例不宜过大,否则冲击禚度就会变得很低。

  3.4表面硬度可见,填料对PTFE硬度的影响因填料种类和含量而异。碳纤维、玻璃纤维、PbS等刚性填料使PTFE硬度增大;石墨、二硫化钼等软性填料使PTFE硬度降低。结合、4可知:硬质填料不仅增大了PTFE的表面硬度,而且提高了PTFE的抗磨损能力。同样,石墨也明显提高PTFE抗磨性和王家序,等:填料对聚四氟乙烯工程塑料改性的影响填料含量VV,%填料、含量与冲击韧度的关系填料、含量与洛氏硬度的关系降低摩擦系数,并使冲击韧度增大,当石墨含量较低时,对表面硬度的影响也较小。我们制备了PTFE三元复合材料(85%丁卩瓦+10%石墨+ 5%玻璃纤维)并对其物理力学性能进行了测定,其结果见表1.由表可知,石墨和适量的硬质填料协同作用,对PTFE的改性具有比较理想的效果。

  4结论料均可大幅度提高PTFE的耐磨性。可将PTFE的磨损量降低2个数量级,并且玻璃纤维的减磨效表1几种填充PTFE的物理力学性能材料摩擦系数磨损量表面硬度/冲击韧度10%石墨PTFE+5%玻璃纤维PTFE三元材料果最佳,而MoS2的减磨效果最差。

  大;M0S2、石墨使PTFE硬度降低。

  元复合材料,其综合性能较好。

 

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