聚四氟乙烯復合材料的摩擦磨損性能研究

蔡先彬 劉秀波（蘇州大學機電工程學院，江蘇蘇州 215000）

聚四氟乙烯復合材料的摩擦磨損性能研究

蔡先彬 劉秀波（蘇州大學機電工程學院，江蘇蘇州 215000）

聚合物基耐磨復合材料將熱塑性樹脂等作為基體，向其內部添加一些有機或者無機減磨組分等，提升其耐磨性。應用聚合物組合基體的耐磨復合材料，能夠起到減磨自潤滑、耐磨以及耐腐蝕等方面的作用。聚四氟乙烯的摩擦系數最低，同時擁有最高溫度使用空間，表面能也最低，因此，它在摩擦磨損的領域之內擁有較為特殊的位置。本文主要以聚四氟乙烯為基體，應用MM-200型摩擦磨損實驗機，研究無填料給聚四氟乙烯摩擦磨損性帶來的影響。應用XHR-150型塑料洛氏硬度機研究填料含量給表明硬度帶來的影響。

聚四氟乙烯；復合材料；摩擦磨損性能

聚四氟乙烯具有較強的熱穩定性、化學惰性以及摩擦因數低等方面的優勢，是應用最為廣泛的自潤滑材料。在當前的很多產業部門中，擔任著重要材料一角色。但是需要注意的是，聚四氟乙烯也存在著一定的缺點，如它的硬度過低、磨損率比較高等等，這些缺點的存在，限制了聚四氟乙烯的使用。本文采用MM-200型摩擦磨損實驗機研究了填料填充的聚四氟乙烯復合材料的摩擦與磨損性，這在材料結構使用方面有著重要的意義。

1 試驗分析

首先，在原料選用方面，要確保所選用的聚四氟乙烯粉料密度為2.2g/cm3。同時也要確保玻璃纖維、碳纖維以及石墨等為200目。

其次，需要在樣品制備方面著手，將預先稱量好的聚四氟乙烯粉料與填料混合后，實施冷壓成型工作，之后將其放置在溫度在370±5℃的模具當中，快速進行加壓，直至150MPa左右，在此壓力狀態下進行燒結，時間保持在2小時左右。燒結后進行冷卻工作，冷卻溫度在100℃以下的時候，將樣品取出進行自然冷卻，與室溫適應后制成各種試樣。

最后，實施測試工作。測量摩擦因數以及磨損量主要在MPV-200型摩擦磨損試驗機上實施［1］。需要注意的是在每次試驗之前，要應用丙酮棉球對樣品進行擦洗。最后，對負荷以及速度給聚四氟乙烯帶來的摩擦磨損性能影響進行了分析。

2 試驗部分過程以及結果分析

首先，填料給聚四氟乙烯摩擦磨損性能帶來的影響分析。本文中的摩擦試驗條件為：速度2米每秒，負荷是200N，試驗時間為30分鐘，試驗中主要研究石墨、玻璃纖維以及碳纖、MoS2填料給聚四氟乙烯摩擦與磨損性帶來的影響。

在耐磨性方面的影響。通過試驗表明，經填料后，聚四氟乙烯的耐磨性能夠被大幅度提升。在填料含量達到15%的時候，聚四氟乙烯的磨損量會有所下降，下降為2個數量級，這四中填料中，玻璃纖維具有最佳的減磨效果，而MoS2的減磨效果是四種填料中最差的填料，這表明硬質剛性填料的效果要優于軟質填料的效果。這主要是由于在聚四氟乙烯中，適量的無機填料起著剛硬支撐點的作用，這與“物理交聯”較為相像，組織聚四氟乙烯中帶狀結構被大面積的破壞，使得聚四氟乙烯由純大片狀磨損，變成復合材料的小磨損。除此之外，在聚四氟乙烯不斷磨損之下，填料會在磨損的表面富積，有支撐負荷的作用，并且在正壓力作用之下，一部分富積填料中的顆粒會被重新的嵌入到聚四氟乙烯基體當中，這在一定程度上降低了聚四氟乙烯受到直接磨損的機會，從而實現有效提升材料耐磨性的目的。實驗表明，填料的剛性不斷提升，那么它所產生的“物理交聯”反應就會越強，所以在這四種填料當中，玻璃纖維具有最佳的減磨效果，MoS2所具備的減磨效果是最差的。

其次，在摩擦因數方面，本次試驗中表明，玻璃纖維與碳纖維的添加能夠給摩擦因數帶來較大的影響，摩擦因數會不斷增加，其原因在于摩擦表面所富積的玻璃纖維與碳纖維無自潤滑的作用［2］；石墨會降低聚四氟乙烯的摩擦因數，主要是因為石墨是一種較好的固體潤滑劑，它具有很低的摩擦因數，并且在復合材料摩擦過程中，可以在聚四氟乙烯摩擦表明產生相應的富積，使之形成潤滑膜，為此聚四氟乙烯的摩擦因數會被降低。但是如果石墨添加量到了15%的時候，那么摩擦表面的石墨潤滑膜就會產生，繼續添加石墨計量的話，聚四氟乙烯的摩擦因數就會向穩定值方面增長，并且逐漸穩定下來。MoS2對聚四氟乙烯摩擦因數有著較小的影響，摩擦因數僅僅小幅度的提升。其原因在于MoS2屬于一種較好的固體潤滑劑，它自身的摩擦因數高于聚四氟乙烯摩擦藝術，所以它的添加只能小幅度的改變摩擦因數。

最后，試驗結論：本文中所使用的四種填料均能提升聚四氟乙烯的耐磨性在填料含量達到一定數額的時候，聚四氟乙烯的磨損量會降低兩個數量級。并且玻璃纖維具有最好的減磨效果。而MoS2的減磨效果較差，表明硬質剛性填料的減磨效果優于軟質填料的減磨效果［3］。

3 結語

本文主要通過試驗的形式，分析了聚四氟乙烯復合材料的摩擦磨損性能，通過分析明確聚四氟乙烯受到添加料的影響較大，石墨、玻璃纖維以及碳纖、MoS2這四種填料之中，石墨、玻璃纖維給聚四氟乙烯帶來的影響比較大，四種填料均能提升聚四氟乙烯的耐磨性，但是受到自身特性的影響，四種填料在聚四氟乙烯中所產生的作用是不同的。

［1］楊東亞，王月，龔俊等.聚苯硫醚與納米Al2O3填充聚四氟乙烯復合材料的摩擦磨損性能［J］.潤滑與密封，2013，（11）：72-77.

［2］喬志軍，薄振辰，王寧等.納米金剛石與聚醚醚酮填充改性聚四氟乙烯復合材料的摩擦學性能［J］.功能材料，2010，41（10）：1838-1841.

［3］馮新，陳東輝，江曉紅等.鈦酸鉀晶須增強聚四氟乙烯復合材料的摩擦磨損性能［J］.高分子材料科學與工程，2004，20（5）：129-132.