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1、第26卷第4期高分子材料科学与工程Vol.26,No.42010年4月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGApr.2010高温耐磨PTFE复合材料的力学性能和摩擦性能1,2212汪怀远,冯 新,朱艳吉,陆小华(1.大庆石油学院化学化工学院,黑龙江大庆163318;2.南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009)摘要:在室温～250℃宽范围内研究了温度对PTFE基复合材料硬度、剪切强度、压缩模量及磨损率的影响。结果表明,温度升高,聚四氟乙烯(PTFE)复
2、合材料的剪切强度和压缩模量呈二次抛物型曲线快速降低,而硬度呈线性递减关系;所制纳微协同增强PTFE复合材料承载时200℃附近才出现磨损率拐点,明显优于国内外水平;基于室温环境的聚合物力学、磨损性能以及高温下的力学性能,建立了聚合物磨损预测方程,可以快捷地预测出高温下PTFE复合材料的磨损率。关键词:聚四氟乙烯复合材料;温度;磨损;力学性能;预测方程+中图分类号:O631.21 文献标识码:A 文章编号:100027555(2010)0420097203 聚四氟乙烯(PTFE)以其优异的自润滑性和化
3、学剪切性能、压缩性能均在可控温的电子万能试验[1～3]稳定性在摩擦学领域备受关注。然而,在许多场机(深圳新三思)上进行,样品分别按照GB/T1450.1合,温度成为影响PTFE复合材料磨损寿命的最关键-2005、GB/T1448-2005制备。[4]因素。国际上,PTFE复合材料应用的难点就是高1.3 硬度测量温条件下其力学性能和耐磨性差。而目前,文献中关硬度测量采用邵氏硬度计(江苏明珠)改进后在温[1,3,5]于PTFE的研究主要集中在室温,涉及高温的研控箱中进行,制样按GB2411-1980执行。各温度
4、下[6]究甚少,且多限于单方面的性能,很少综合考虑。每项性能测定均采用4个平行样品,结果取平均值。另一方面,人们总是试图建立能够模拟聚合物磨损过1.4SEM观测[7]程的数学模型,以便快速简单地预测其复杂环境中用SEM(QUANTA2200型,荷兰FEI公司)分析使用寿命。目前已建立了几种经验或半经验磨损方断面形貌。[7,8]程,然而,都未考虑摩擦过程中动态力学性能与环境温度变化的影响,实际应用中有较大的局限性。2 结果与讨论针对上述问题,本文在纳微协同增强前期研究基2.1 不同温度下的剪切强度础[9]上研
5、究了室温～250℃宽范围内PTFE复合材料Fig.1是PTFE复合材料剪切强度与温度的关系。由图可见,剪切强度随着温度的升高快速降低,的力学性能和摩擦学性能,并基于硬度、压缩模量、剪切强度多参量考虑,建立了不同温度聚合物基复合材130℃时剪切强度只有室温时的42%,而210℃时就只有室温时的1/5左右。不同温度下PTFE复合材料料磨损的预测方程。剪切强度符合Y=6.48342-0.04454x+9.42109E221 实验部分5x关系。1.1 复合材料摩擦性能测试对比室温和210℃PTFE复合材料剪切断面试
6、样选用5%nanoTiO2+10%CF+PTFE配方。(Fig.3,Fig.4),室温时剪切面上以片状PTFE撕裂为所用原料、摩擦试样的制备及磨损性能评价同文献主,出现少量丝状物,而高温剪切时出现大量取向的[9],速度114m/s,载荷1133MPa,在摩擦机上增加PTFE纤维长丝。PTFE直链螺旋状分子结构特点决了控温装置。定了较高温下,特别是超过其玻璃化温度130℃时,1.2 力学性能测试PTFE分子运动加剧,分子间作用力大幅降低,剪切作收稿日期:2009203208基金项目:国家科技支撑计划(2006
7、BAE03B07)通讯联系人:汪怀远,主要从事先进聚合物基复合材料及其摩擦学研究,E2mail:wanghyjiji@163.com98高分子材料科学与工程2010年 用下就更容易发生滑动,PTFE大分子大量取向成丝,Fig.2给出了PTFE复合材料的压缩模量与温度剪切强度因而迅速降低,这也导致了高温磨损率的增的关系。由图可知,PTFE复合材料的压缩模量随着加。温度的升高迅速降低,130℃时压缩模量降到只有室温时的33%,而210℃时就只有室温时的14%。压缩模量大幅降低,说明摩擦过程中随着环境温度升高,P
8、TFE弹性形变不断加大,相应地也增加了磨损率。不同温度下PTFE复合材料压缩模量符合Y=28731485-613297x+0101269E-5x二次抛物型曲线关系。Fig.1ShearstrengthandfittingcurveofPTFEcompositesunderdifferenttemperaturesFig.5ShorehardnessandfittingcurveofPTFEcompositesun
