再生PTFE微粉改性聚四氟乙烯的摩擦性能研究

周生泰,戴旭陽,周金亮,黎 晨, 聶 云

(上海長園電子材料有限公司, 上海 201802)

再生PTFE微粉改性聚四氟乙烯的摩擦性能研究

周生泰*,戴旭陽,周金亮,黎 晨, 聶 云

(上海長園電子材料有限公司, 上海 201802)

制備了一系列不同組成的再生PTFE微粉填充聚四氟乙烯的混合物，對材料的力學、摩擦性能進行了研究。結果表明，PTFE微粉(細粉)在加入5～7份時，復合材料的力學和耐磨損性能最好，PTFE微粉(粗粉)不利于材料的外觀和力學性能。微觀形態研究發現，細粉與PTFE樹脂的相容性較好，粗粉的相容性較差。

PTFE微粉 ; PTFE;分散樹脂; 摩擦; 磨損 ;聚四氟乙烯

聚四氟乙烯由于具有極低的摩擦系數、優異的耐高低溫特性和耐化學特性，常被用作自潤滑材料，廣泛應用于機械、船舶、汽車、交通等工業中[1]。隨著聚四氟乙烯產量的增加，生產中的邊角料和廢料也隨之增多，一般難以直接利用，造成了極大的浪費。將PTFE廢棄料做成微粉成為其它他行業[2-4](如涂料、塑料工業)的添加劑是一種常用的選擇。本文使用輻照裂解方法制備的PTFE微粉對聚四氟乙烯管材進行了改性研究。

1 實驗部分

1.1 原材料

PTFE分散樹脂，大金F-201，大金氟化學工業株式會社；PTFE微粉，自制,制備方式為先輻照裂解后進行機械磨碎，D50分別為8μm和70μm，以下分別簡稱為細粉和粗粉；助劑油，市售。

1.2 儀器與設備

混料機、振動機、擠出燒結機：自制；電子拉力機：GT-TCS-2000，臺灣高鐵儀器有限公司；耐磨試驗機：自制；電鏡:JSM-7500F，日本電子儀器公司(JEOL)。

1.3 工藝過程

將PTFE微粉與PTFE樹脂、助劑油按一定比例混合均勻后，按照圖1的工序進行生產擠出管材。燒結溫度為420℃，擠出線速度為3m/min。

圖1 聚四氟乙烯管材生產工序流程圖

1.4 性能測試

力學性能，按照《GB/T1040-2006》測試拉伸強度和斷裂伸長率； 磨損性能，按照《QC/T29001-1992》的要求[5]進行測試，負載8KG，速度2次/min，干摩擦，不添加潤滑油，中間拉線為普通鋼絲繩；掃描電鏡，用于觀察再生PTFE微粉和填充改性后PTFE制品的微觀形貌。

2 結果與討論

2.1 PTFE微粉填充對聚四氟乙烯管材的外觀影響

表1 PTFE微粉填充后的聚四氟乙烯管材的外觀

由于是使用再生PTFE微粉填充改性聚四氟乙烯管材，要考慮到制品的實際情況，即外觀和顏色不能發生大的變化。通過上表1可以看出，隨著填充量的增加，管材的顏色逐漸由透明變為白色不透明，透明狀態的轉變點為7份。微粉(細粉)填充改性的制品外觀均光滑，微粉(粗粉)的制品外觀粗糙，而粗糙的表面狀態是不能接受的。顏色變白主要是因為PTFE樹脂經輻照裂解后分子量[6]大幅下降，在熔融-冷卻重結晶階段產生了更多的晶區所致。

2.2 不同填充微粉比例對聚四氟乙烯的力學性能影響

圖2 不同填充份數微粉對PTFE的力學性能曲線

圖3 QC/T29101中關于耐久性測試的示意圖

PTFE樹脂的份數不變，通過改變微粉(細粉)的用量得到了圖2的管材力學性能曲線。隨著填充量增加其力學性能先上升后下降，在10份時達到峰值。這是由于裂解后的微粉其分子量變小，在熔化冷卻后重排結晶時產生了更多的晶區，同時起到了物理交聯點的作用，對力學性能有加強作用；但隨著比例的增大，特別是二次加工的PTFE微粉，在形態上發生了變化，與純PTFE樹脂不能完全相容，產生了大量的應力集中點和空洞，導致其復合物力學性能的下降。這在微觀研究中也得到了證實。

2.3 不同填充比例下微粉對聚四氟乙烯摩擦磨損性能的影響

磨損是摩擦行為的必然結果，通常研究聚四氟乙烯的摩擦磨損是使用摩擦試驗機來完成的；但工程方面更多是通過模擬其實際使用狀態進行評價。如圖3所示，利用該設備僅對PTFE的磨損性能進行研究。

從圖4可以看出，隨著微粉含量的增大，其管材的摩擦次數表現為先緩慢上升后下降的趨勢，在含量為7份時達到峰值；而且填充至10份后其壽命(摩擦次數)反而變差。這說明二者的相容性不好，填充比例過大對耐磨損性能是有害的，應適當控制填充比例，不能過多。

圖4 不同填充份數微粉(細粉)對PTFE耐久性的影響

2.4 PTFE微粉及其在改性PTFE管材中的微觀形態研究

筆者使用掃描電鏡觀察了PTFE微粉形態及其在改性制品中的微觀狀態，如下圖5所示。

從上圖a、b可以看出輻照裂解后的PTFE微粉經機械研磨后外觀形態發生了變化，細粉粒子比較圓潤，而粗粉粒子呈現不規則狀態，邊緣有較多的分叉。因此在制品中微粉與PTFE樹脂的相容性產生了差異，細粉與樹脂的界面相容性較好，其邊界比較模糊，粗粉的相容性較差，其邊界清晰，這些在c、d圖中得到了證實，同時也驗證了兩種復合物力學性能的差異。

3 結論

(1)PTFE微粉(細粉)填充后，改性聚四氟乙烯管材顏色逐漸變白，表面光滑；粗粉填充后，顏色泛白，表面粗糙。

(2)隨著填充細粉的比例增大，PTFE管材的力學性能呈現先增大后減小的趨勢，在填充量為10phr時達到最大值，其拉伸強度為純PTFE管材的1.5倍；

(3)添加微粉(細粉)改性PTFE管材后，可以改善純PTFE管材的耐磨損性能，在7份時達到最優，但過量添加對摩擦磨損性能有害。

(4)通過微觀研究發現，微粉(粗粉)與PTFE樹脂的相容性較差，細粉的相容性較好。

(5)綜合考慮，在改性中可以少量填充PTFE微粉(細粉)，5～7份為宜。既提高了耐磨損性能，又能適量降低成本，一定程度上實現了資源節約利用。

a、b 分別指PTFE微粉(細粉)和(粗粉)的500倍電鏡圖；c、d分別指填充10份細粉和粗粉的制品2000倍電鏡圖

圖5 不同填充份數的微粉填充改性PTFE管材電鏡

[1]康克家, 杜三明, 張永振, 等. PTFE復合材料摩擦及改性研究綜述[J]. 潤滑與密封, 2012(06):99-102.

[2] 廖 聰, 張小平. 聚四氟乙烯廢料回收利用研究進展[J].工程塑料應用, 2006(11):73-76.

[3] 徐加勇,馬小鵬, 袁玉虎, 等. 平均粒徑小于5μm的聚四氟乙烯微粉在EPDM中的應用[J]. 世界橡膠工業, 2015(03):1-4.

[4] 曾 敏, 向定漢, 吳紅艷. 再生聚四氟乙烯粉末填充聚甲醛復合材料的摩擦磨損特性研究[J]. 潤滑與密封, 2006(01):97-99.

[5] 全國汽車標準化技術委員會. QC/T 29101-1992 汽車用操縱拉索總成[S].1992.

[6] 吳國忠, 唐忠鋒, 王謀華. PTFE的輻射裂解、交聯及其應用[J].輻射研究與輻射工藝學報, 2009(02):70-74.

(本文文獻格式：周生泰,戴旭陽,周金亮,等.再生PTFE微粉改性聚四氟乙烯的摩擦性能研究[J].山東化工，2017，46(14)：107-109.)

Study on Friction and Wear Resistance Propertiesof PTFE Filled with Regenerated Micropowders

ZhouShengtai，DaiXuyang，ZhouJinliang，LiChen，NieYun

( Cyg Electronics(shangh) Co.,Ltd,Shanghai 201802,China)

A series of PTFE compounds filled by regenerated PTFE micropowders were produced. The mechanical properties and friction performance were studied. It was found that compounds performed well on mechanical and friction properties when contents of PTFE micropowders (fine powders) were 5～7 phr, but go against when filled by coarse powders. It was investigated using SEM that fine powders had good compatibility with PTFE resin, but coarse powders had inferior compatibility with PTFE resin.

PTFE micropowders; PTFE fine resin; friction; wear resistance; PTFE

2017-05-07

周生泰(1987—),山東泰安人，碩士研究生，主要從事工程塑料、氟塑料的改性開發工作。

TQ342+.711

A

1008-021X(2017)14-0107-03