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本文研究了耐高温低磨耗聚苯酯(Ekonol)对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度以及在干摩擦条件下的摩擦磨损性能的影响,确定出Ekonol最佳用量为20wt%。在此基础上,考察了不同有机填料对PTFE复合材料物理机械性能和摩擦学性能的影响,并进行了对比研究。在保持Ekonol用量不变的情况下,用石墨、碳纤维、玻璃纤维、碳粉、陶瓷粉与MoS2并用对Ekonol/PTFE复合材料进行改性,制备了一系列改性PTFE复合材料,并进行了性能对比研究。
研究发现:当填料用量在一定范围内增大时,PTFE复合材料的拉伸强度和弯曲强度逐渐减小,但复合材料的硬度和弯曲模量增大。通过不同的有机填料填充对比,发现Ekonol/PTFE的力学性能最好,PI/PTFE的力学性能最差,分析得出分散性是材料力学性能重要影响因素。通过第二、三相填料的加入,能够很好的改善Ekonol/PTFE复合材料的力学性能,使试样的拉伸强度在Ekonol改性的基础上提高了7%~34%,弯曲强度提高了10%~60%,弯曲模量提高了0~82%,硬度提高了2~4SHD。
通过对PTFE复合材料的热力学分析,发现随着Ekonol用量的增加,PTFE的熔融起始温度和结晶度下降,但是最大熔融温度基本保持不变;陶瓷粉和碳粉的加入使得PTFE的结晶度提高了10%左右,但是熔融起始温度、最大熔融温度保持不变。
随着Ekonol的用量增加,PTFE/Ekonol复合材料的摩擦系数呈线性增加,复合材料的耐磨性能明显改善。用不同有机填料填充PTFE,在相同的用量下,PI/PTFE复合材料的摩擦系数最大,磨损体积也最大,Ekonol/PTFE的摩擦系数最小,耐磨性能也比PI/PTFE要好。第二、三相填料的加入,增大了复合材料的摩擦系数,但减小了复合材料的磨损体积,并且使复合材料的摩擦系数随填料用量的增大而逐渐增大的幅度变小;固体润滑剂石墨与MoS2的加入对提高PTFE复合材料耐磨性能效果最好。
本文还考察了外界条件对复合材料摩擦磨损性能的影响,发现摩擦系数随着对磨面粗糙度增加、载荷的增大而下降;随着滑动速度的增加而增大。磨损体积随着粗糙度、载荷和滑动速率的增大而增大。实验结果表明,滑动速度对PTFE复合材料的摩擦磨损性能的影响大于载荷对复合材料的摩擦磨损性能的影响。