铝/聚四氟乙烯复合材料的研究进展

系统综述了铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料的研究进展。就复合材料的动态力学性能而言,应变率越大,强度越高;复合材料中Al含量增加,弹性模量和屈服强度随之增加;温度升高,复合材料韧性增加,但动态压缩强度降低;铁粉、镍粉、钨粉、氧化铜、氢化钛、氢化锆等可以提高Al/PTFE复合材料的抗压强度。就复合材料的热性能而言,Al/n-PTFE的放热量远高于其他铝热剂,且纳米级铝粉与PTFE的反应性优于微米级铝粉。就复合材料的点火和燃烧性能而言,复合材料中PTFE的质量含量约35%时,燃烧压力最高,燃烧时间最短,中心火焰温度也最高;限域空心结构的复合材料样品燃烧优于实心、空心、核壳结构的样品;氢化钛、高氯酸铵、碳纳米管具有一定的助燃作用。就复合材料的冲击反应性能而言,加载应变率越高,材料反应延迟时间越小,反应越剧烈,且纳米级铝粉反应性和反应程度优于微米级铝粉;添加氧化物(三氧化铋、氧化铜、三氧化钼和三氧化铁)可以调节材料的能量释放特性。就复合材料的反应完全性而言,其作为弹丸发射速率越高,反应越完全;铝粉含量对反应完全性有非常显著的影响;氧化铜可以提高反应的完全性。就复合材料的应用场景而言,其对靶板的毁伤效果、纵火能力、提高推进剂力学性能和燃烧效率、作为防护材料的防护效果,比传统材料都有显著提高。此研究结果预计会对火炸药行业和战斗部行业从业者有重要的参考价值。

铝纤维增强铝/聚四氟乙烯活性材料力学性能及反应特性

为研究纤维含量对铝(Al)/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)力学性能及反应特性的影响,针对模压烧结法制备的铝纤维增强型活性材料,采用材料试验机和冲击加载实验技术开展静态、动态力学响应和冲击反应研究,并结合细观结构特征揭示纤维增强活性材料的变形失效机制。研究结果表明:Al纤维含量(质量比)为1%~4%时,随机分布的Al纤维抑制了基体内裂纹扩展,提高了Al/PTFE的静态屈服强度和动态抗压强度;Al纤维含量1%的动态力学性能最优,随着纤维含量的增加,Al纤维穿出基体的破坏是限制材料动力学性能持续增强的主要因素;在保证Al/PTFE理论释能不变的前提下,Al纤维的加入提高了Al/PTFE的冲击反应阈值,无纤维时最小反应比入射能为50.7 J/cm^(2),纤维含量增加至4%时提高到61.3 J/cm^(2),活性材料的冲击不敏感性得到提升。

聚四氟乙烯基活性材料化学反应分子动力学模拟

为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料独特释能特性背后的微观机制,采用反应分子动力学方法模拟了PTFE基体热解及Al/PTFE化学反应的过程。模拟结果表明:PTFE基体碳链发生随机断裂后产生自由基片段,(-CF_(2)-CF_(2)-)从自由基链端脱落产生C_(2)F_(4);在Al/PTFE体系内,Al与PTFE发生脱氟反应并于铝表面生成AlFx,AlFx最终解离为AlF_(3),AlF_(4)等铝氟小分子,与此同时,PTFE失去F后发生化学诱导分解,在低于PTFE热解温度时即发生分解。此外,通过Arrhenius公式计算得出PTFE基体热解的活化能为146 kJ/mol,Al与PTFE反应的活化能为16.4 kJ/mol。

高功率射频微波用聚四氟乙烯及其复合材料关键技术

随着电子领域朝着高速传输、高连接密度的方向发展,对5G设备中广泛使用的覆铜板提出了低介电常数、低介电损耗、高导热率、高可靠性等技术要求。聚四氟乙烯(PTFE)覆铜板以其优异的介电性能和化学稳定性被广泛应用于高频微波电路领域,但现有PTFE覆铜板的制备在单体纯化、树脂聚合、填料改性、复合材料以及制品加工全链条中存在的问题限制了其实际应用。本文总结了近年来PTFE覆铜板的发展历程以及高频PTFE覆铜板面临的理论及技术难点,分别从高黏结性PTFE的分子设计及序列分布控制、高纯PTFE的全流程杂质含量可控及绿色产业化技术、新型填料制备及表面处理新技术、多相多组分PTFE复合材料的组成与界面设计、覆铜板的加工流变性与结构均匀性控制等方面提出了提升PTFE覆铜板性能的方法,以期能发展从树脂结构、填料改性、复合材料到成型加工的系统基础理论,从而制备高性能PTFE覆铜板。

铝酸酯处理实心玻璃微珠填充聚四氟乙烯复合材料的研究

采用铝酸酯偶联剂(DL-411-A)对实心玻璃微珠(SGM)进行了表面活化处理,分析了活化处理前后SGM表面的成分及形貌,对SGM的处理效果进行了评估。结果表明DL-411-A以化学键合的方式包覆在SGM表面,并提高了SGM颗粒与聚四氟乙烯(PTFE)基体间的相容性。经DL-411-A表面活化处理的SGM提高了PTFE基复合材料的拉伸强度、断裂伸长率及邵氏硬度。

纳米氮化铝填充聚四氟乙烯复合材料的性能研究

采用高速混合、冷压烧结成型的方法制备了聚四氟乙烯/纳米氮化铝(PTFE/nano-AlN)复合材料,考察了nano-AlN含量对复合材料结晶性能、力学性能与摩擦性能的影响,并采用扫描电子显微镜对样品磨损表面进行分析。结果表明:随着nano-AlN含量的增加,复合材料的结晶度呈现先增大后降低的趋势;nano-AlN可显著提高复合材料的力学性能与耐磨损性能,当其含量为4%时,耐磨损性能与纯PTFE相比提高了2个数量级。

BaSO_4填充改性聚四氟乙烯复合材料的制备

采用冷压成型和烧结固化相结合的方法制备了BaSO4/PTFE复合材料,对不同用量和粒径的硫酸钡填充聚四氟乙烯复合材料性能的影响进行了研究。结果表明,BaSO4填料用量和粒径大小对复合材料的性能影响很大,当BaSO4填料粒径为44μm、质量分数为40%时,复合材料的抗磨损性能最佳,比未改性的PTFE提高了2个数量级。复合材料磨损表面的SEM分析表明,随BaSO4用量的增加,复合材料的磨损机理由粘着磨损占主导逐渐转变为磨粒磨损占主导并伴随疲劳磨损。

炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为对比研究

对比考察了炭纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机理.结果表明:在水润滑条件下,纤维增强PTFE复合材料的摩擦系数和磨损率均明显比干摩擦下的低,水起到了润滑和冷却作用;复合材料磨损表面可见明显的裸露纤维及纤维局部磨平,无明显微观裂纹,基体和纤维结合较好,磨损表面存在转移自偶件的铁,表现出犁削磨损特征;在干摩擦下,复合材料磨损表面存在大量的微观断裂裂纹,纤维发生断裂和破碎,表现出疲劳磨损特征.

聚苯酯填充聚四氟乙烯复合材料的力学及摩擦学性能研究

采用共混—冷压—烧结工艺制备了聚苯酯(POB)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,考察了POB含量对PTFE/POB复合材料机械性能和摩擦学性能的影响,探讨了材料的磨损机制和POB的减磨机制。结果表明复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随着POB含量的增加而降低,压缩强度随着POB含量的增加而增大;随着POB含量的增加材料摩擦因数呈现增大趋势,POB质量分数在16%～27%范围内材料摩擦因数为0.20～0.24;在与AISI1045钢的对磨中复合材料发生了黏着磨损,磨损率随着POB质量分数的增加呈现下降趋势,POB质量分数超过25%后继续增加其含量复合材料磨损率降低幅度逐渐变小。

聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

用 MPV 2 0 0型摩擦磨损试验机对 Mo S2 、石墨、玻璃纤维、碳纤维等填料填充的聚四氟乙烯 (PTFE)工程复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了研究。考察了负荷、磨损时间和速度等对 PTFE复合材料摩擦因数和磨损量的影响 ,并对作用机理进行分析和探讨。结果表明 :填料可将 PTFE的磨损量降低 2个数量级 ,石墨和适量的硬质玻璃纤维填料协同作用 ,对改善 PTFE的摩擦磨损性能具有比较明显的效果 ,但

石墨填充聚四氟乙烯基复合材料的摩擦学性能

为了研制PTFE基粘弹-摩擦型阻尼材料,采用机械共混-冷压成型-烧结的工艺制备了石墨、聚苯硫醚、聚醚醚酮混合填充PTFE基复合材料,利用环-块式磨损试验机,在干摩擦条件下考察了复合材料的摩擦学性能,并用扫描电镜观察了磨损表面形貌,研究了复合材料的磨损机制。结果表明:PTFE含量不同的复合材料,随石墨填充量的增大,摩擦因数和磨损率的变化趋势不同,磨损主要由犁削、粘着和疲劳剥落中的一种或几种引起;适当配比的PTFE基复合材料具有较好的摩擦阻尼性能,能够满足粘弹-摩擦阻尼材料的要求。

聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了聚四氟乙烯(PTFE)和MoS2填充聚酰亚胺(PI)复合材料在干摩擦下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了PI复合材料及其偶件磨损表面形貌和元素面分布.结果表明,PTFE和MoS2均可降低PI的摩擦系数,其中PI+30%MoS2复合材料的减摩性能最佳,其摩擦系数同纯PI的相比降低了约50%.除PI+10%PTFE+20%MoS2外,其它几种复合材料的抗磨性能均明显优于纯PI,其中PI+20%PTFE+10%MoS2复合材料的抗磨性能最佳,其磨损率比纯PI的低1个数量级.PI复合材料的摩擦磨损性能同其在偶件磨损表面形成的转移膜的性质密切相关,当转移膜厚度适当且分布较均匀时,PI复合材料的减摩抗磨性能良好.

SiO_2填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学行为研究

用机械共混和冷压成型、热烧结的方法制备了不同体积含量不同粒径的SiO2填充PTFE样品。用M－2000摩擦磨损试验机评价了不同样品在干摩擦下的摩擦学性能;用X射线能量损失谱(EDS)观察分析了摩擦前后Si元素在样品表面的分布情况。结果表明:在本实验所采用的实验条件下,SiO2/FTFE复合材料的摩擦系数随SiO2体积含量的增加而增大,抗磨损能力则有一个最佳含量;填料粒径不同,其体积填充分数对复合材料摩擦磨损性能的作用规律不同:在相同的体积分数下,粗SiO2填充PTFE的摩擦系数小于细SiO2填充PTFE的摩擦系数,且其随SiO2填充分数增加而增大的趋势远小于细SiO2填充PTFE;其具有最好抗磨能力的最佳体积填充含量也大于细SiO2的体积填充含量。SiO2这种填充作用规律可由其在PTFE基体中的形态结构特征来解释。

金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究

在MM-200型摩擦磨损试验机上研究了金属氧化物填充聚四氟乙烯在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能.结果表明:在水润滑下各复合材料的摩擦系数都较在干摩擦下的有不同程度地降低,而磨损不同程度地加剧;水润滑下金属氧化物填充使PTFE的摩擦系数增大,填充Al2O3、ZnO及CdO等均使PTFE的磨损率大幅增大,这是因为填料容易吸水,导致填料与基体脱粘,使材料表面的机械强度降低,从而使磨损率大幅增大.

聚苯酯、聚酰亚胺填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M 2 0 0 0型试验机考察了一种以聚苯酯、聚酰亚胺填充聚四氟乙烯复合材料 ,发现此复合材料具有优良自润滑性能 ,PTFE、EKONOL、PI之比为 5 0∶30∶2 0是本实验的最佳配比。运用扫描电子显微镜 (SEM)对磨损表面进行观察和分析。研究结果表明 ,聚酰亚胺可以增加转移膜与对偶的结合强度 。

聚四氟乙烯自润滑编织复合材料关节轴承的摆动摩擦磨损性能研究

介绍了所研制的重载摩擦磨损试验机的工作原理及其性能特点 ,在摆动频率 5 .3min- 1 和摆角± 30°条件下测试了聚四氟乙烯 (PTFE)编织复合材料关节轴承承载力及摩擦的时间效应 ,在 135 MPa承载力下测试了轴承的磨损和温升以及摩擦系数随连续摆动时间变化的关系 ,并通过扫描电子显微镜观察分析了轴承失效机理 .结果表明 :该关节轴承承载力可达到 135 MPa,摩擦系数小且稳定 ;在摆动过程中 PTFE不断被挤出 ,使轴承自润滑功能下降 ,从而导致编织基体材料发生磨损 .

改性炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料的制备

研究了不同处理条件对复合材料拉伸、摩擦性能的影响,并对拉伸断口及磨损表面形貌进行了分析。结果表明,Ar等离子体处理、聚四氟乙烯乳液包覆的炭纤维能有效增大复合材料界面结合力并提高拉伸强度;当处理时间为9 min时,复合材料的拉伸强度为24.3 MPa,断裂伸长率为340%,磨损率为2.4×10-6mm3/N.m;与纯PTFE相比,拉伸强度和断裂伸长率分别提高了48%和100%,磨损率下降55.6%。

改性CaCO_3填充聚四氟乙烯复合材料的制备和力学性能

以石蜡为改性剂,分别采用干法和湿法对重质CaCO_3进行表面处理,然后采用冷压烧结工艺制备聚四氟乙烯(PTFE)/CaCO_3复合材料,并对其力学性能进行研究。利用红外光谱分析石蜡包覆改性前后的CaCO_3的结构变化,研究了2种改性方法对PTFE/CaCO_3复合材料的力学性能的影响。结果表明,2种改性方法都可以提高PTFE/CaCO_3复合材料的断裂伸长率和拉伸强度,当质量分数为30%的湿法改性CaCO_3填充PTFE时,复合材料的断裂伸长率仍能达到200%以上。另外,采用不同改性方法和改性剂比例及CaCO_3含量所制备的复合材料力学性能相差很大,其中,当CaCO_3质量分数为5%,湿法改性的改性剂石蜡质量分数为1%时,复合材料的各项力学性能达到最佳,远好于未经改性的CaCO_3填充聚四氟乙烯复合材料。

碳纳米管改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

评价了用不同含量碳纳米管(CNTs)改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学性能,利用MM-200型摩擦磨损试验机研究了CNTs含量对PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响,借助于扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面及磨屑形貌,并探讨其磨损机理.结果表明:CNTs能够提高PTFE复合材料的硬度和冲击强度,在本文研究范围内,当CNTs的质量分数为7%时,PTFE复合材料的力学性能最佳;CNTs能够增加PTFE复合材料的摩擦系数、降低其磨损量,当其质量分数为10%时,PTFE复合材料的耐磨损性能最佳.纤维状碳纳米管可以阻止PTFE带状结构的大面积破坏,以及在摩擦过程中于偶件表面能够形成转移膜并隔离复合材料与偶件的直接接触是其减摩耐磨作用的主要原因.

钛酸钾晶须增强聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能

研究了钛酸钾晶须(PTW)增强聚四氟乙烯复合材料(PTW-PTFE)的摩擦磨损性能。考察了PTW含量、摩擦温度、载荷和滑行速度对其影响。结果表明,PTW-PTFE的磨损量仅是纯PTFE的1/10;负荷极限和滑行速度极限分别是纯PTFE的110%和160%;PTW的加入使摩擦系数更为稳定,但大小无明显改变;PTW的质量分数为5%时复合材料磨损量最小,拉伸强度最高;PTFE和PTW-PTFE在200℃的磨损量低于常温下的磨损量,但磨痕面积明显增加。观察磨损表面形貌发现,PTW的加入明显阻止了裂纹大规模的产生和扩展,提高了耐磨性。