Page 107 - 《橡塑技术与装备》2023年3期

测试与分析 董光辉·无机填料改性聚四氟乙烯耐磨性能的研究进展

填充量为 1% 时，碳氧比为 45.64、碳含量为 97.66% 擦性能有影响外，其不同维度结构也可能对摩擦性能
的石墨烯可以使聚四氟乙烯复合材料摩擦因数降低 有显著作用。颜笑天 [10] 等研究了不同维度结构对羟
27.97%。填充量相同时，石墨烯的碳氧比是影响复合 基磷灰石 / 聚四氟乙烯纳米复合物摩擦学性能的影响，
材料摩擦因数的主要因素，石墨烯的比表面积是影响 结果表明，一维 HAP 纳米线对复合物的抗磨效果也最
复合材料体积磨损率的主要因素。 好，二维 HAP 纳米片次之，零维 HAP 纳米颗粒最差。
1.2 纤维填充改性
纤维填充改性能有效地提高 PTFE 的强度和刚度， 2 二元无机粒子协同填充改性
显著提升复合材料的力学性能。目前市场上常用于纤 单个填料对于 PTFE 性能的提升，已无法满足市
维填充改性的填料有玻璃纤维、碳纤维等。马伟强等 ［7］ 场需求，因此，需要将不同的无机粒子协同作用进行
发现 PTFE 复合材料的摩擦因数随着 GF 填充量的增 填充改性，进一步提升 PTFE 复合材料性能。
加虽有小幅度的升高，但体积磨损率却大幅降低。当 2.1 层状材料二元无机粒子协同填充改性
GF 的质量分数为 20%，转速为 80 r/min 时，复合材 龚俊等 ［11］ 以 MoS 2 和石墨来填充改性 PTFE。结
料的体积磨损率较纯 PTFE 材料降低了 93.56%。此时， 果表明，石墨和 MoS 2 填充 PTFE 的耐磨损性比纯
该复合材料的摩擦学性能达到最优。此外，碳纤维也 PTFE 显著提高 ( 见表 1)。其主要原因是石墨和 MoS 2
能降低 PTFE 材料的耐溶胀性和磨损性能，提高材料 起到了协同增强作用。石墨微粒的脱落吸附在 PTFE
的使用寿命。 分界面上，形成的转移膜起到了润滑剂的作用，阻碍
1.3 金属颗粒填充改性 了磨损的进行，从而提升了 PTFE 的耐磨性能。类似
金属颗粒可以改善 PTFE 复合材料的力学性能和 的层状材料还有白云母和高岭土等。
摩擦学性能。铜良好的延展性有利于 PTFE 复合材料 表 1 不同载荷下试样的磨损量和摩擦因数
PTFE 石墨和 MoS 2 填充 PTFE
转移膜的形成，且转移膜厚度随着铜填充量的增加而 载荷 /N
磨损量 /μm 摩擦因数 磨损量 /μm 摩擦因数
略有增大。高填充量青铜可以改善 PTFE 复合材料的 15 92 0.114 45 0.090
20 136 0.112 98 0.089
摩擦学性能，减小摩擦系数，延长复合材料的使用寿
25 204 0.108 114 0.090
命。 注 : 样品滑动速度 0.45 m/s, 对摩时间为 360 min。
此外，滑动摩擦因数有会随着 Cu 粒径的增大而
减小。解挺 [8] 等用 45 钢为基材的滑动摩擦试验证实 2.2 非金属颗粒二元无机粒子协同填充改性
[12]
陈义 等以纳米氮化硼和纳米氮化硅颗粒为增强
了这个结论。同时，还发现 PTFE 基复合材料的磨损量、
剂，聚酰胺酰亚胺（PAI）为黏结剂，制备了 PTFE 复
磨损率均随 Cu 粒径的增大先增加后减小。若不超过
合涂层。研究结果表明，添加纳米氮化硼和氮化硅颗
限定范围，大粒径的 Cu 更加有利于 PTFE 复合材料
粒后，涂层的硬度与未添加纳米颗粒的涂层相比，提
转移颗粒层的形成。
高了 11.2% ；在不同温度下，添加纳米氮化硼和氮化
1.4 金属氧化物填充改性
硅颗粒涂层的摩擦因数和磨损率均低于未添加纳米颗
金属氧化物可以提高 PTFE 复合材料的承载能
粒的涂层。
力，减小材料的形变，还可以大幅度降低 PTFE 复合
2.3 纤维和非金属颗粒二元无机粒子协同填
材料的磨损率。杨浩等以 Al 2 O 3 作为填料，制备了不
充改性
同 Al 2 O 3 含量的氧化铝 / 聚四氟乙烯复合涂层 [9] 。随
纤维和非金属颗粒二者协同作用也能对 PTFE 摩
着 Al 2 O 3 含量的增大 , 其摩擦系数逐渐增加 ；而 PTFE
擦学性能有所提升。王壮 [13] 等用碳纤维和氟化钙协
复合涂层的磨损量随着 Al 2 O 3 的添加而降低。Al 2 O 3 含
同提高 PTFE 摩擦学性能。与分别填充有 CaF 2 陶瓷
量越高， PTFE 复合涂层磨损量越小，耐磨性能越优异。
颗粒或 CF 的 PTFE 材料相比，同时填充 CaF 2 和 CF
1.5 非金属颗粒填充改性
的 PTFE 多元复合材料的耐磨性能分别提高了 11.1 和
非金属颗粒填充改性是指由非金属元素颗粒，且
2.47 倍。CF 与 CaF 2 表现出显著的协同抗磨作用，同
为非层状结构的无机材料填充对 PTFE 进行改性制备
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时该复合材料表现出极低的特征磨损 (8.9×10 mm /
得到的 PTFE 复合材料。除了非金属颗粒的种类对摩
N·m) 和优异的自润滑性能。
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2023 第 49 卷 ·53·