密度泛函理論方法研究填料表面對聚合物摩擦化學(xué)的影響

葉家鑫,孫 魏,劉小君,劉焜

（合肥工業(yè)大學(xué) 摩擦學(xué)研究所,安徽 合肥 230009）

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)具備良好的自潤滑性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,是一種較為理想的固體潤滑材料[1].但是,在干摩擦條件下(滑動速度約50 mm·s-1),PTFE 通常表現(xiàn)出較高的磨損率(k～10-3mm3·(N·m)-1),并伴隨形成大塊磨屑[2].因此,經(jīng)典聚合物摩擦學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為,減少PTFE 這類聚合物磨損的關(guān)鍵在于減小磨屑尺寸.使用具有一定尺寸的填料(通常大于1 μm)來制備復(fù)合材料可以抑制大磨屑的產(chǎn)生,進(jìn)而有效提高聚合物耐磨性能[3-4].值得注意的是,不僅僅是硬質(zhì)顆粒(如金屬和陶瓷),許多軟物質(zhì)填料(如聚合物、石墨、碳粉等)也可以有效降低PTFE 磨損率2～3個(gè)數(shù)量級[2].這種減磨機(jī)理通常被稱為機(jī)械增強(qiáng)機(jī)理[5].

雖然傳統(tǒng)觀念上認(rèn)為納米填料不能有效抑制表面裂紋擴(kuò)展,因此減磨效果不如微米尺寸的填料[3-4].然而近年來的研究發(fā)現(xiàn),納米氧化鋁、石墨烯納米片等可以有效降低PTFE 磨損率約4個(gè)數(shù)量級[6-7].Krick 等[8]和Bhargava 等[9]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這些納米顆粒的添加不僅改善了PTFE的機(jī)械性能,同時(shí)還能促進(jìn)在摩擦界面生成高度羧酸鹽化轉(zhuǎn)移膜.Harris 等[10]提出,這些摩擦化學(xué)導(dǎo)致的羧酸鹽化有效提高了轉(zhuǎn)移膜黏附能力和承載力,進(jìn)而減少了復(fù)合材料的磨損.Onodera 等[11]使用分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)PTFE 在摩擦界面與金屬氧化物以及環(huán)境中的水、氧發(fā)生一系列摩擦化學(xué)反應(yīng),最終產(chǎn)生羧酸官能團(tuán).這種羧酸鹽化轉(zhuǎn)移膜導(dǎo)致的減磨機(jī)理通常被稱為摩擦化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理[5].

通常,摩擦學(xué)者對兩種機(jī)理的研究較為割裂,對具備兩種增強(qiáng)機(jī)理的摩擦系統(tǒng)只討論一種可能.為了研究微米填料表面化學(xué)性質(zhì)對聚合物復(fù)合材料摩擦學(xué)行為的影響,采用微米級氧化鋁、高嶺土、氧化硅制備PTFE 復(fù)合材料;使用線性往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對比測試三種復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能;使用化學(xué)表征和密度泛函理論計(jì)算研究填料表面對聚四氟乙烯復(fù)合材料摩擦化學(xué)行為的影響;提出轉(zhuǎn)移膜的摩擦化學(xué)形成過程和減磨機(jī)理,為設(shè)計(jì)高性能自潤滑復(fù)合材料提供研究思路.

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

1.1 試樣制備

氧化鋁(Al2O3,3.97 g·cm-3),平均粒徑約5 μm,購于上海麥克林生化科技有限公司,貨號A800195.超細(xì)高嶺土(kaolinite,2.53 g·cm-3),平均粒徑約5 μm,購于上海麥克林生化科技有限公司,貨號K812212.氧化硅(SiO2,2.60 g·cm-3),平均粒徑約5 μm,購于上海麥克林生化科技有限公司,貨號S817558.聚四氟乙烯,平均粒徑約40 μm,原產(chǎn)于杜邦公司,牌號Teflon PTFE 7C,購自東莞市豪圣塑膠原料有限公司.無水乙醇,濃度99.5%,購于上海麥克林生化科技有限公司,貨號E809056.

以氧化鋁/聚四氟乙烯(Al2O3/PTFE)復(fù)合材料制備為例:將氧化鋁粉末按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、5%、10%和20%與8 g 聚四氟乙烯粉末混合放入空燒杯中,隨后各加入40 mL 無水乙醇,使用500 W 超聲棒分散同時(shí)用磁力攪拌15 min.將超聲分散好的懸濁液放入真空干燥箱中以-0.1 MPa 真空度,55 ℃干燥12 h.隨后裝入直徑10 mm,長度30 mm的模具中,以100 MPa的壓力壓制成型并保壓5 min.然后將樣品放入管式爐中,在-0.1 MPa 真空度的環(huán)境下,以120 ℃·h-1的升溫速率加熱至380 ℃,保溫4 h 后自然冷卻至室溫.在進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)之前,用數(shù)控銑床將燒結(jié)好的復(fù)合材料加工成6.2 mm×6.2 mm×15 mm的樣品.高嶺土/聚四氟乙烯(kaolinite/PTFE)、氧化硅/聚四氟乙烯(SiO2/PTFE)復(fù)合材料的制備方式同上.在制備完成后,各待測樣品的密度ρ(mm3·g-1)用排水法測試獲取.

1.2 測試與表征

利用定制的線性往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)[12-13]對所制備的聚四氟乙烯及其復(fù)合材料進(jìn)行摩擦學(xué)性能研究.摩擦基體為柱-盤接觸,上試樣為6.2 mm×6.2 mm×15 mm的PTFE 復(fù)合試樣,下試樣為50.0 mm×30.0 mm×3.0 mm的304 不銹鋼,如圖1所示.實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行:環(huán)境溫度25 ℃,相對濕度40%.摩擦實(shí)驗(yàn)條件為:豎直加載力(FN)為 250 N,接觸壓為 6.5 MPa,滑動速度為 50 mm·s-1,往復(fù)滑動行程設(shè)定為25 mm.摩擦試驗(yàn)進(jìn)行到累計(jì)100、200、500、1 000、…、200 000、300 000次循環(huán)后中斷并測試上試樣的質(zhì)量變化.計(jì)算得到兩次測量前后之間的復(fù)合材料質(zhì)量損失.使用日本島津分析天平(AUW120D/220D)對實(shí)驗(yàn)前和每個(gè)實(shí)驗(yàn)間歇的復(fù)合材料質(zhì)量進(jìn)行5 次獨(dú)立稱量.獲取每次稱量的平均值后,可以得到兩次實(shí)驗(yàn)間歇的質(zhì)量損失mloss(g).用公式k=mloss/ρ×FN×d計(jì)算出兩次實(shí)驗(yàn)間隔間的微分磨損率k,其中d是兩次稱重之間的滑動距離(m).平均磨損率是0 到30 萬周期間的微分磨損率,微分磨損率代表相鄰兩次實(shí)驗(yàn)間隔的磨損率.試驗(yàn)結(jié)束后,利用掃描電子顯微鏡(SEM,Gemini 500)觀察在金屬對偶面上形成的轉(zhuǎn)移膜形貌.為了研究摩擦機(jī)理,使用紅外光譜(FT-IR,Thermo Nicolet 6700)和X 射線光電子能譜(XPS,ESCALAB 250X)分析轉(zhuǎn)移膜的化學(xué)組成.

圖1 線性往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及運(yùn)動示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果

填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對Al2O3/PTFE、kaolinite/PTFE、SiO2/PTFE復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能影響如圖2所示.

圖2 三種PTFE 復(fù)合材料的平均磨損率和摩擦系數(shù)

圖2 中虛線部分是純聚四氟乙烯的平均磨損率(～2.6×10-4mm3·(N·m)-1)和摩擦系數(shù)(～0.21).從圖2(a)可以看出,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí),三種填料均有效降低了聚四氟乙烯的磨損率約1個(gè)數(shù)量級.隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大至10%,氧化鋁和高嶺土填充的聚四氟乙烯磨損率降到了2.6×10-7mm3·(N·m)-1和1.4×10-7mm3·(N·m)-1,而氧化硅填充聚四氟乙烯磨損率僅降低至4.26×10-6mm3·(N·m)-1.提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)至20%后,三種復(fù)合材料的磨損率沒有明顯的進(jìn)一步降低.另一方面,雖然填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料磨損率的影響巨大,但似乎對復(fù)合材料的摩擦系數(shù)并沒有明顯的影響.一個(gè)原因是,聚四氟乙烯復(fù)合材料的摩擦系數(shù)主要取決于摩擦界面聚合物分子鏈的方向性[14].當(dāng)復(fù)合材料的滑動速度低于臨界速度時(shí),摩擦系數(shù)并不會發(fā)生巨大的變化.

3 結(jié)果與討論

3.1 跑和行為分析

為了進(jìn)一步了解三種填料對聚四氟乙烯復(fù)合材料磨損的影響,利用間斷測量的磨損質(zhì)量計(jì)算得到純聚四氟乙烯以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Al2O3/ PTFE、kaolinite/PTFE、SiO2/PTFE 復(fù)合材料的微分磨損率隨滑動距離的變化情況,結(jié)果如圖3 所示.

圖3 純PTFE 及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的三種PTFE 復(fù)合材料的微分磨損率隨滑動距離的變化

純PTFE的磨損率在20 m 滑動之后幾乎不發(fā)生變化,始終維持在3×10-4mm3·(N·m)-1附近.這一極高的磨損率主要原因在于聚四氟乙烯獨(dú)特的帶狀結(jié)構(gòu)和差的機(jī)械性能,此時(shí)主要的磨損形式為黏著磨損.而Al2O3/PTFE 復(fù)合材料和kaolinite/ PTFE 復(fù)合材料的磨損率在前5 000 m的摩擦實(shí)驗(yàn)中,從最初的1×10-5mm3·(N·m)-1不斷降低,最終維持在2×10-7mm3·(N·m)-1和1×10-7mm3·(N·m)-1.一個(gè)重要原因是,轉(zhuǎn)移膜的形成減少了復(fù)合材料和金屬對偶面的直接接觸.這說明由于轉(zhuǎn)移膜的生成,復(fù)合材料的磨損形式從初期的黏著磨損為主轉(zhuǎn)變成了化學(xué)-機(jī)械磨損為主.相比之下,雖然SiO2/PTFE 復(fù)合材料初始磨損階段的微分磨損率和另外兩種復(fù)合材料相近,但在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期并沒有隨著滑動距離的增加而降低.這說明氧化鋁、高嶺土填料具備與氧化硅不同的減磨效果和減磨機(jī)理.

3.2 轉(zhuǎn)移膜形貌和化學(xué)組成分析

聚合物復(fù)合材料的摩擦學(xué)行為受到轉(zhuǎn)移膜性質(zhì)的極大影響[15].為了研究三種復(fù)合材料形成的轉(zhuǎn)移膜異同,采用SEM 和EDS 對三種典型的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚四氟乙烯復(fù)合材料的轉(zhuǎn)移膜形態(tài)和化學(xué)組成進(jìn)行研究.

轉(zhuǎn)移膜的SEM 圖像以及氟氧元素分布如圖4所示.從Al2O3/PTFE的轉(zhuǎn)移膜圖像(圖4(a))可以看出,其轉(zhuǎn)移膜在不銹鋼表面呈島狀分布.圖4(b)顯示kaolinite/PTFE 復(fù)合材料的轉(zhuǎn)移膜呈現(xiàn)出更高的覆蓋程度.相比之下,SiO2/PTFE 復(fù)合材料在金屬對偶面上并沒有形成成核或連續(xù)的轉(zhuǎn)移膜.元素分布圖顯示,三種聚合物復(fù)合材料對磨的不銹鋼表面均具有大量的氟元素,這是由于聚四氟乙烯基體在金屬對偶面上的吸附所導(dǎo)致的.值得注意的是,Al2O3/PTFE 和kaolinite/PTFE 形成的轉(zhuǎn)移膜有明顯的氧元素富集,這有利于提高轉(zhuǎn)移膜的極性黏附力.而SiO2/PTFE 復(fù)合材料對磨的不銹鋼表面并沒有明顯的氧富集,這說明氧化硅填料沒能像另外兩種填料一樣生成高含氧轉(zhuǎn)移膜.

圖4 復(fù)合材料在金屬對偶面上形成的轉(zhuǎn)移膜 SEM 圖像及氟(F)和氧(O)的元素分布

為了探究較低磨損的Al2O3/PTFE、kaolinite/ PTFE 復(fù)合材料產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移膜中氧的存在形式和具體化學(xué)成分,采用傅里葉紅外光譜(FT-IR)和光電子能譜(XPS)對純PTFE、Al2O3/PTFE、kaolinite/ PTFE 和SiO2/PTFE 復(fù)合材料形成的轉(zhuǎn)移膜進(jìn)行分析,結(jié)果如圖5 所示.

圖5 純PTFE 和PTFE 復(fù)合材料在金屬對偶面上形成的 轉(zhuǎn)移膜的FT-IR 光譜和F1s的XPS 細(xì)譜

圖5(a)的紅外光譜測量結(jié)果顯示純聚四氟乙烯形成的轉(zhuǎn)移膜主要成分仍為碳氟分子長鏈,其中在1 143 cm-1和1 202 cm-1的峰分別對應(yīng)于CF2中的C-F 對稱拉伸和不對稱拉伸.而三種復(fù)合材料在對偶件上形成的轉(zhuǎn)移膜則具有明顯的新的紅外峰,1 438 cm-1和1 672 cm-1的峰分別對應(yīng)于C=O在羧酸鐵中橋接鍵的對稱拉伸和C=O 在羧酸鐵中的不對稱拉伸[16].3 330 cm-1附近的寬峰對應(yīng)于羥基中的O-H 拉伸,這對應(yīng)三種填料對環(huán)境水的吸附.值得注意的是,相比Al2O3/PTFE、kaolinite/ PTFE 轉(zhuǎn)移膜中的羰基信號強(qiáng)度(1 438 cm-1、1 672 cm-1),SiO2/PTFE 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移膜中的羰基信號強(qiáng)度明顯較弱.這表明Al2O3/PTFE、kaolinite/PTFE 復(fù)合材料在摩擦實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了更明顯的摩擦化學(xué)變化,導(dǎo)致轉(zhuǎn)移膜具有更多極性基團(tuán)(羰基),這有利于增強(qiáng)轉(zhuǎn)移膜的極性黏附力.另一方面,圖5(b)的轉(zhuǎn)移膜F1s軌道XPS精細(xì)譜顯示:純聚四氟乙烯形成的轉(zhuǎn)移膜中氟元素主要以共價(jià)鍵存在,689.43 eV的峰對應(yīng)聚四氟乙烯高分子鏈中的C-F 鍵;而三種復(fù)合材料形成的轉(zhuǎn)移膜中新出現(xiàn)了部分離子氟,其中685.88 eV的峰對應(yīng)金屬氟化物中的離子氟,同時(shí)主峰也不同程度地向低鍵能方向遷移.這說明三種填料不同程度地與聚四氟乙烯發(fā)生了摩擦化學(xué)反應(yīng).

3.3 密度泛函理論分析

為了研究填料表面性質(zhì)如何影響聚四氟乙烯在摩擦過程中的化學(xué)反應(yīng),采用密度泛函理論(DFT)進(jìn)行了碳氟小分子C5F12在Al2O3(0001)、kaolinite(001)和SiO2(100)面上的吸附過程和脫氟反應(yīng)的模擬計(jì)算.本文采用基于密度泛函理論的 Material Studio CASTEP 軟件進(jìn)行模擬計(jì)算[17].采用周期性邊界條件建模(圖6),贗勢函數(shù)選用 Ultrasoft,電子交換關(guān)聯(lián)函數(shù)采用廣義梯度近似GGA-PBE,晶格常數(shù)和原子坐標(biāo)采用穩(wěn)態(tài)Al2O3、kaolinite 和SiO2的相關(guān)參數(shù).晶胞模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)采用BFGS算法[18],自洽循環(huán)收斂精度為每個(gè)原子1.0×10-6eV,能量收斂標(biāo)準(zhǔn)為每個(gè)原子1.0×10-5eV,原子間相互作用力收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.3 eV·nm-1,晶體內(nèi)壓力收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.05 GPa,原子最大位移收斂標(biāo)準(zhǔn)為1.0×10-4nm.

圖6 碳氟分子C5F12與Al2O3(0001)、kaolinite(001)和SiO2(100)表面的幾何結(jié)構(gòu)

采用周期性 Al2O3(0001)、kaolinite(001)和SiO2(100)表面作為吸附表面.每個(gè)表面具有6 層原子,尺寸約1.5 nm×1.5 nm,在表面垂直方向上使用2.0 nm 厚的真空層隔絕上下相鄰表面,底部2 層原子被鎖定以模擬實(shí)際物體表面,如圖6(a)～(c)所示.吸附前預(yù)設(shè)的被吸附F 原子與吸附位(Al 或Si 原子)的距離超過0.8 nm.將碳氟分子靠近被模擬的填料表面進(jìn)行幾何優(yōu)化后,碳氟骨架上的F 原子與表面原子(Al 或Si 原子)的距離分別為0.24 nm (Al2O3)、0.18 nm (kaolinite)和0.24 nm (SiO2),如圖6(d)～(f)所示.當(dāng)C-F 鍵完全斷裂后(脫氟反應(yīng)),氟化物(Al-F 或Si-F)在被模擬的填料表面產(chǎn)生,如圖6(g)～(i)所示,這與XPS的測量結(jié)果相符.

利用密度泛函模擬計(jì)算了幾何優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的總能量.圖7展示了碳氟分子C5F12在Al2O3(0001)、kaolinite(001)和SiO2(100)表面吸附前、吸附后和脫氟反應(yīng)后的系統(tǒng)總能量變化.為了方便比較,將各組反應(yīng)吸附前的結(jié)構(gòu)能量Ebf設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)(0 kJ·mol-1).由圖7 中計(jì)算的結(jié)果可以看出:Al2O3(0001)對碳氟分子的吸附使系統(tǒng)總能量少許增加(23.3 kJ·mol-1),而在脫氟反應(yīng)之后體系能量大幅降低(-178.4 kJ·mol-1);kaolinite(001)對碳氟分子的吸附使系統(tǒng)能量降低(-46.2 kJ·mol-1),而在脫氟反應(yīng)之后體系能量進(jìn)一步降低(-71.76 kJ·mol-1);而SiO2(100)發(fā)生的碳氟分子吸附使系統(tǒng)能量升高(52.55 kJ·mol-1),在脫氟反應(yīng)后系統(tǒng)能量也是三個(gè)表面中最高的(-48.9 kJ·mol-1).可以看出氧化硅與碳氟分子的吸附能和脫氟反應(yīng)的反應(yīng)能是三種填料中最低的.這可能是由于氧化硅不像另外兩種表面(氧化鋁、高嶺土)具有明顯的路易斯酸性(指表面具有更多可以接受電子對的離子,如Al 離子),導(dǎo)致了氧化硅在摩擦化學(xué)中對聚四氟乙烯的化學(xué)反應(yīng)活性不如另外兩種材料.

圖7 碳氟分子C5F12在Al2O3(0001)、kaolinite(001)和SiO2(100)表面的化學(xué)反應(yīng)能量

3.4 轉(zhuǎn)移膜形成機(jī)理

在早期的聚四氟乙烯復(fù)合材料研究中,PTFE被發(fā)現(xiàn)在范德瓦爾斯相互作用下傾向吸附在對磨面表面,因此降低界面間的摩擦[19].此時(shí)PTFE 與金屬表面的結(jié)合方式主要為靜電吸附為主[20].以上的實(shí)驗(yàn)顯示,低磨損的Al2O3/PTFE、kaolinite/ PTFE 和中等磨損的SiO2/PTFE 所形成的轉(zhuǎn)移膜形態(tài)和化學(xué)組成都有明顯區(qū)別.密度泛函理論的模擬同樣表明,聚四氟乙烯復(fù)合材料中使用的氧化鋁和高嶺土填料的表面反應(yīng)活性與低磨損表現(xiàn)出很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性.氧化鋁和高嶺土兩種填料可以使摩擦界面的聚四氟乙烯發(fā)生明顯的改性并引入羰基(羧酸鹽),這些研究證明了低磨損聚四氟乙烯復(fù)合材料在金屬對磨面上可以產(chǎn)生更牢固的化學(xué)吸附.這些結(jié)果和Harris 等[10]的假設(shè)相印證,即摩擦化學(xué)產(chǎn)生的羧酸鹽增加了聚四氟乙烯和金屬對偶面之間的黏附力,并提高了轉(zhuǎn)移膜韌性.但是Harris 等對于聚四氟乙烯的鏈斷和脫氟持純機(jī)械論的觀點(diǎn):范德瓦爾斯相互作用或分子熱運(yùn)動導(dǎo)致了聚四氟乙烯骨架中的C-C 鍵斷裂和脫氟.而這些摩擦化學(xué)過程與填料的化學(xué)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)并未提及,因此略顯片面.

本文的密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn),相比較氧化硅填料,具有較高路易斯酸性的氧化鋁和高嶺土填料對碳氟分子的吸附和脫氟具有更強(qiáng)的反應(yīng)活性.這一反應(yīng)在機(jī)械力和摩擦熱活化能的促進(jìn)下導(dǎo)致了聚四氟乙烯的鏈內(nèi)脫氟,如圖8 所示.而鏈內(nèi)脫氟產(chǎn)生的不飽和碳極易與大氣中的氧反應(yīng)生成較穩(wěn)定的過氧基(-OO·)[21].在摩擦界面的閃溫作用下,過氧基會降解并進(jìn)一步與環(huán)境水發(fā)生水合反應(yīng)生成羧酸官能團(tuán).當(dāng)摩擦化學(xué)產(chǎn)生的羧酸官能團(tuán)接近金屬對偶面時(shí)會促進(jìn)羧酸化的聚四氟乙烯與金屬表面螯合成鹽,形成穩(wěn)定的鍵合.這一系列摩擦化學(xué)反應(yīng)最終導(dǎo)致了羧酸鹽化的轉(zhuǎn)移膜形成.

圖8 聚四氟乙烯復(fù)合材料摩擦界面化學(xué)反應(yīng)示意

聚四氟乙烯以其極高的化學(xué)穩(wěn)定性聞名,被認(rèn)為幾乎不與大氣中的水分和氧氣發(fā)生反應(yīng)[22].但由于聚四氟乙烯中氟原子具有親核性,在與堿土金屬和路易斯酸性表面(如Al 離子)接觸時(shí)脫離碳氟骨架的可能性更高(能壘低于碳氟鍵鍵能)[23].聚四氟乙烯在脫氟后會產(chǎn)生大量的鏈內(nèi)自由基,這對聚四氟乙烯的氧化、降解和羧酸化起到了促進(jìn)作用[24].

4 結(jié)論

(1)10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al2O3/PTFE 和kaolinite/ PTFE 在金屬對偶面上形成了高度羧酸鹽化的轉(zhuǎn)移膜,并實(shí)現(xiàn)比純PTFE 低4個(gè)數(shù)量級的磨損率(k～ 10-7mm3·(N·m)-1).而同等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SiO2/PTFE復(fù)合材料在金屬對偶面只形成了更低程度羧酸鹽化的轉(zhuǎn)移膜,僅實(shí)現(xiàn)比純PTFE 低3個(gè)數(shù)量級的磨損率(k～10-6mm3·(N·m)-1).

(2)密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn),Al2O3(0001)、kaolinite(001)表面對碳氟分子的吸附和脫氟的反應(yīng)活性比SiO2(100)表面更高,這可能是由于氧化鋁和高嶺土表面具備更高的路易斯酸性導(dǎo)致的.

(3)結(jié)合實(shí)驗(yàn)和模擬計(jì)算的結(jié)果,提出不同的填料表面對摩擦界面的碳氟分子的鏈斷和脫氟有不同程度的促進(jìn)作用,這些發(fā)生在摩擦界面的化學(xué)反應(yīng)影響了轉(zhuǎn)移膜的羧酸鹽化和極性黏附作用,進(jìn)而影響了聚合物復(fù)合材料的磨損表現(xiàn).