聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

蔡先彬 刘秀波（苏州大学机电工程学院，江苏苏州 215000）

聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

蔡先彬 刘秀波（苏州大学机电工程学院，江苏苏州 215000）

聚合物基耐磨复合材料将热塑性树脂等作为基体，向其内部添加一些有机或者无机减磨组分等，提升其耐磨性。应用聚合物组合基体的耐磨复合材料，能够起到减磨自润滑、耐磨以及耐腐蚀等方面的作用。聚四氟乙烯的摩擦系数最低，同时拥有最高温度使用空间，表面能也最低，因此，它在摩擦磨损的领域之内拥有较为特殊的位置。本文主要以聚四氟乙烯为基体，应用MM-200型摩擦磨损实验机，研究无填料给聚四氟乙烯摩擦磨损性带来的影响。应用XHR-150型塑料洛氏硬度机研究填料含量给表明硬度带来的影响。

聚四氟乙烯；复合材料；摩擦磨损性能

聚四氟乙烯具有较强的热稳定性、化学惰性以及摩擦因数低等方面的优势，是应用最为广泛的自润滑材料。在当前的很多产业部门中，担任着重要材料一角色。但是需要注意的是，聚四氟乙烯也存在着一定的缺点，如它的硬度过低、磨损率比较高等等，这些缺点的存在，限制了聚四氟乙烯的使用。本文采用MM-200型摩擦磨损实验机研究了填料填充的聚四氟乙烯复合材料的摩擦与磨损性，这在材料结构使用方面有着重要的意义。

1 试验分析

首先，在原料选用方面，要确保所选用的聚四氟乙烯粉料密度为2.2g/cm3。同时也要确保玻璃纤维、碳纤维以及石墨等为200目。

其次，需要在样品制备方面着手，将预先称量好的聚四氟乙烯粉料与填料混合后，实施冷压成型工作，之后将其放置在温度在370±5℃的模具当中，快速进行加压，直至150MPa左右，在此压力状态下进行烧结，时间保持在2小时左右。烧结后进行冷却工作，冷却温度在100℃以下的时候，将样品取出进行自然冷却，与室温适应后制成各种试样。

最后，实施测试工作。测量摩擦因数以及磨损量主要在MPV-200型摩擦磨损试验机上实施［1］。需要注意的是在每次试验之前，要应用丙酮棉球对样品进行擦洗。最后，对负荷以及速度给聚四氟乙烯带来的摩擦磨损性能影响进行了分析。

2 试验部分过程以及结果分析

首先，填料给聚四氟乙烯摩擦磨损性能带来的影响分析。本文中的摩擦试验条件为：速度2米每秒，负荷是200N，试验时间为30分钟，试验中主要研究石墨、玻璃纤维以及碳纤、MoS2填料给聚四氟乙烯摩擦与磨损性带来的影响。

在耐磨性方面的影响。通过试验表明，经填料后，聚四氟乙烯的耐磨性能够被大幅度提升。在填料含量达到15%的时候，聚四氟乙烯的磨损量会有所下降，下降为2个数量级，这四中填料中，玻璃纤维具有最佳的减磨效果，而MoS2的减磨效果是四种填料中最差的填料，这表明硬质刚性填料的效果要优于软质填料的效果。这主要是由于在聚四氟乙烯中，适量的无机填料起着刚硬支撑点的作用，这与“物理交联”较为相像，组织聚四氟乙烯中带状结构被大面积的破坏，使得聚四氟乙烯由纯大片状磨损，变成复合材料的小磨损。除此之外，在聚四氟乙烯不断磨损之下，填料会在磨损的表面富积，有支撑负荷的作用，并且在正压力作用之下，一部分富积填料中的颗粒会被重新的嵌入到聚四氟乙烯基体当中，这在一定程度上降低了聚四氟乙烯受到直接磨损的机会，从而实现有效提升材料耐磨性的目的。实验表明，填料的刚性不断提升，那么它所产生的“物理交联”反应就会越强，所以在这四种填料当中，玻璃纤维具有最佳的减磨效果，MoS2所具备的减磨效果是最差的。

其次，在摩擦因数方面，本次试验中表明，玻璃纤维与碳纤维的添加能够给摩擦因数带来较大的影响，摩擦因数会不断增加，其原因在于摩擦表面所富积的玻璃纤维与碳纤维无自润滑的作用［2］；石墨会降低聚四氟乙烯的摩擦因数，主要是因为石墨是一种较好的固体润滑剂，它具有很低的摩擦因数，并且在复合材料摩擦过程中，可以在聚四氟乙烯摩擦表明产生相应的富积，使之形成润滑膜，为此聚四氟乙烯的摩擦因数会被降低。但是如果石墨添加量到了15%的时候，那么摩擦表面的石墨润滑膜就会产生，继续添加石墨计量的话，聚四氟乙烯的摩擦因数就会向稳定值方面增长，并且逐渐稳定下来。MoS2对聚四氟乙烯摩擦因数有着较小的影响，摩擦因数仅仅小幅度的提升。其原因在于MoS2属于一种较好的固体润滑剂，它自身的摩擦因数高于聚四氟乙烯摩擦艺术，所以它的添加只能小幅度的改变摩擦因数。

最后，试验结论：本文中所使用的四种填料均能提升聚四氟乙烯的耐磨性在填料含量达到一定数额的时候，聚四氟乙烯的磨损量会降低两个数量级。并且玻璃纤维具有最好的减磨效果。而MoS2的减磨效果较差，表明硬质刚性填料的减磨效果优于软质填料的减磨效果［3］。

3 结语

本文主要通过试验的形式，分析了聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能，通过分析明确聚四氟乙烯受到添加料的影响较大，石墨、玻璃纤维以及碳纤、MoS2这四种填料之中，石墨、玻璃纤维给聚四氟乙烯带来的影响比较大，四种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响，四种填料在聚四氟乙烯中所产生的作用是不同的。

［1］杨东亚，王月，龚俊等.聚苯硫醚与纳米Al2O3填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能［J］.润滑与密封，2013，（11）：72-77.

［2］乔志军，薄振辰，王宁等.纳米金刚石与聚醚醚酮填充改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能［J］.功能材料，2010，41（10）：1838-1841.

［3］冯新，陈东辉，江晓红等.钛酸钾晶须增强聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能［J］.高分子材料科学与工程，2004，20（5）：129-132.