Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜形貌与磨损率定量分析

聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料摩擦转移膜对其摩擦学性能有着决定性影响,转移膜形貌与磨损率定量关系对PTFE基复合材料的摩擦学性能优化有重要意义。文章对Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜膜厚与覆盖率进行定量表征并建立两者与磨损率的函数关系。结果表明:转移膜最大厚度和覆盖率均与复合材料磨损率之间有较高的拟合度,最大厚度与覆盖率在转移膜不同形貌时对复合材料磨损率的影响起不同作用;转移膜最大厚度大于0.319μm时,其最大厚度的增加对提高复合材料磨损变化起主导作用;转移膜最大厚度小于0.319μm时,覆盖率的增加对降低复合材料的磨损起主导作用。

POB改性Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料的摩擦转移特性研究

为了研究填充聚苯酯(POB)对Nano–SiO_(2)改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料转移膜演化及摩擦性能的影响,采用冷压成型、热烧结的工艺方法制备Nano–SiO_(2)/POB–PTFE和Nano–SiO_(2)/PTFE两种复合材料;采用间歇称重法和原位观察法,在LSR–2M型往复摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验;利用AXIO Imager.A2m光学显微镜、QUANTA FEG 450热场发射扫描电镜和MicroXAM–800非接触式3维表面轮廓仪分别表征转移膜的表面形貌、微观结构和3维形貌,从微观角度分析摩擦转移机理。试验结果表明,Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料的转移膜在对偶表面上形貌变化较快,不断重复“生成–脱落”过程,并伴随严重磨损,且没有形成较完整的转移膜。此外,生成的转移膜分层明显,且脱落痕迹显著,并有大量米粒状的磨屑附在对偶面上,导致反光性较差。而用POB填充Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料不仅增强了转移膜在对偶表面上的黏附力,还促进了均匀、连续转移膜的更好形成,对偶表面反光性好;并且,Nano–SiO_(2)/POB–PTFE复合材料的磨损率较Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料降低了两个数量级。POB有强黏附性,而Nano–SiO_(2)在摩擦过程中易嵌入对偶面形成机械互锁,故这两种填料共同改性PTFE可形成协同减磨效应,从而有效促进复合材料转移膜的均匀生成及稳固黏附,并大幅降低磨损率。本文的研究结论对斯特林发动机活塞环干摩擦密封材料的研制有良好的指导意义,有利于碟式太阳能热发电系统高性能密封件的研发。

雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料摩擦学性能研究

针对川西平原地区实际降雨环境,开展了PTFE/Kevlar航空器关节轴承衬垫材料往复磨损试验,通过分析摩擦系数、磨痕损伤形貌以及磨损表面化学成分的演变规律,探究了雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料的摩擦磨损特性.结果表明:雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料磨损损伤行为表现为PTFE纤维变形、破碎、转移以及Kevlar纤维变形和疲劳断裂.雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料的磨损过程可分为3个阶段:前期(N<1000)、中期(1000≤N<5000)和后期(N≥5000),分别是PTFE逐渐转移阶段、PTFE转移膜形成阶段以及转移膜破坏阶段.从磨损前期到中期,摩擦系数减小,最大磨痕宽度和最大磨痕深度增加,磨痕区域F元素含量增加、C元素含量减少;从磨损中期到后期,摩擦系数增加并波动,最大磨痕宽度和最大磨痕深度持续增加,磨痕区域F元素含量减小、C元素含量增加.结果表明雨水环境会促使转移膜快速剥落和破坏,因此,应尽量避免自润滑PTFE/Kevlar衬垫型关节轴承长时间在阴雨天气下使用.

PTFE/Si_(3)N_(4)配副摩擦磨损试验研究与机理分析

为探究干摩擦下聚四氟乙烯(PTFE)对氮化硅(Si_(3)N_(4))陶瓷材料的减摩润滑效果,用销块式高温摩擦磨损试验机进行不同温度和载荷下的滑动摩擦磨损试验,通过扫描电镜观察对偶件表面形貌,分析其磨损机制和润滑机理。结果表明:随温度的增加,摩擦因数和磨损率均先降后升;随载荷的增加,摩擦因数先降后升,磨损率逐渐升高。PTFE的磨损类型为黏着磨损,在摩擦过程中在对偶件表面生成不同形态的PTFE转移膜,在室温(25℃)下,转移膜以片状形式存在,随温度和载荷的增加,转移膜以细丝状形式存在,适当提高温度和载荷有利于生成表面完整和润滑性较好的转移膜,但温度和载荷过高会引起转移膜断裂和灼烧。因此,合理控制温度和载荷参数,可使PTFE减摩润滑效果最佳,为其在全陶瓷轴承中润滑提供指导依据。

碳纤维和氟化钙协同提高PTFE摩擦学性能研究

聚合物复合材料由于其自润滑特性和化学稳定性高等优势,在汽车和装备领域运动机构的摩擦学设计中发挥着越来越重要的作用.本研究系统考察了氟化钙(CaF_(2))颗粒的加入对聚四氟乙烯(PTFE)和碳纤维(CF)增强PTFE材料摩擦学性能的影响规律.研究发现,在PTFE中添加CaF_(2)颗粒可明显改善基体材料的抗磨性能.尤其,与分别填充有CaF_(2)陶瓷颗粒或CF的PTFE材料相比,同时填充CaF_(2)和CF的PTFE多元复合材料的耐磨性能分别提高了11.1和2.47倍.CF与CaF_(2)表现出显著的协同抗磨作用,同时该多元复合材料表现出极低的特征磨损率[8.9×10^(-7)mm^(3)/(N·m)]和优异的自润滑性能.通过多种表征手段深入分析了金属对偶表面生长转移膜的微观结构以及界面的物理化学反应和产物.结果表明,PTFE发生摩擦化学反应并生成的羧酸基团,随后与CF研磨产生的石墨碳、破碎的CaF_(2)以及其摩擦化学反应产物碳酸钙(CaCO_(3)与CaO)在闪温和机械力作用下发生摩擦烧结,促使易剪切、高承载特性转移膜在金属对偶表面生长,大幅降低了PTFE复合材料的磨损.研究结果为设计超低磨损的新型聚合物自润滑复合材料奠定了基础.

Structure and micro-tribological properties of PTFE/Al_2O_3 micro-assembling film

In order to improve the wear resistance of elastic metallic-plastic thrust bearing pad, micro-assembling PTFE/Al2O3 multi-layer film was developed by alternating radio frequency（RF） magnetron sputtering PTFE and Al2O3 targets. For enhancing the adhesion of the interfaces between PTFE and Al2O3 film, N+ implantation was employed. The structure, mechanical and micro-tribological properties were studied by XPS, X-ray photoelectron spectrometer and atomic force and friction force microscope （AFM/FFM）. The results show that the multi-layer consists of Al2O3 component and crystalline PTFE. The hardness of the multi-layer modified by ion implantation is less than that of Al2O3,but its toughness is greatly improved. The friction coefficient of PTFE/ Al2O3 multi-layer modified by ion implantation is much lower than that of Al2O3 film, and its resistance to wear is much greater than that of PTFE film. Therefore the wear resistance of elastic metallic-plastic thrust bearing pad is greatly improved.

超薄PTFE表面上滴状冷凝的传热研究

采用离子束动态混合注入技术 ( Dynamic Ion- beam Mixed Implantation)制备了铜基、不锈钢基聚四氟乙烯 ( PTFE)的超薄聚合物薄膜 ,实现了水蒸汽的滴状冷凝。对不同冷凝表面的传热特性进行了试验测定。分析讨论了试验表面制备工艺条件及表面材料导热系数对滴状冷凝传热性能的影响。

PTFE/芳纶纤维编织衬垫自润滑关节轴承的黏接性能及摩擦学性能

对PTFE/Kevlar纤维混合编织衬垫分别进行超声波处理、稀土CeO2处理后,制备了自润滑关节轴承,利用Instron5944型电子万能材料试验机和自制的高频摆动摩擦磨损试验机对关节轴承进行了剥离强度测试和摩擦磨损性能试验,考察了前处理工艺对关节轴承的黏接性能和摩擦学性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)观察分析了衬垫表面的微观形貌变化,以探究轴承的摩擦学性能与衬垫形成PTFE转移膜的成膜性能之间的关系。结果表明,衬垫经改性前处理后,不仅提高了衬垫与基体的黏接性能,而且提高了轴承的摩擦学性能;轴承的摩擦学性能与其在摩擦磨损过程中形成PTFE转移膜的成膜性能之间存在一定的对应关系,即PTFE转移膜的形成越快,耐磨性、均匀连续性越好,在摩擦磨损过程中表现出较优的摩擦诱导成膜性能,其摩擦学性能也越优。

TC4钛合金表面TiO_2-PTFE复合膜层的制备

采用特殊的化学及物理处理方法,在钛合金表面制备TiO2-PTFE复合膜层,该润滑膜由硬质阳极氧化膜与低摩擦系数的聚四氟乙烯(PTFE)结合而成,具有较好的自润滑特性。研究了TiO2-PTFE复合膜层的组织形貌、物相组成以及元素组分,讨论了阳极氧化处理工艺和涂覆时间对PTFE涂覆量的影响。结果表明,TC4钛合金阳极氧化后形成了由锐钛相和金红石相双相晶型组成的纳米级TiO2多孔膜,涂覆PTFE后,表面及膜孔处被PTFE聚合体所覆盖。TC4钛合金样品经过不同电压和不同氧化时间处理后,PTFE涂覆量趋于稳定。随着涂覆时间的延长,PTFE涂覆量逐渐增加,在最初5～20min内,涂覆量增加较快,超过20min后涂覆量增加缓慢。

PTFE固体润滑膜技术及其应用

详细介绍了有机高分子聚合物聚四氟乙烯(PTFE)的结构特点及它作为自润滑减磨材料的原理。综述了PTFE作为固体润滑微粒的粘结型固体润滑膜、复合镀型固体润滑膜、TUFRAM固体润滑膜这三种固体润滑膜的性能特点及工艺特点,并介绍了它们在工业上的应用及其发展现状。

PTFE多孔膜和典型薄膜驻极体电荷贮存寿命的比较研究

利用等温表面电位衰减和开路热剌激放电电流谱的测量等方法 ,系统地研究了经单向拉伸而形成孔径为 1～5μm,孔度为 5 0 %的聚四氟乙烯多孔膜的空间电荷贮存稳定性。并与在同等实验条件下的高密度 PTFE、FEP、Aclar PCTFE和 Kapton PI这 4种典型驻极体材料的电荷贮存寿命进行了对比研究。结果显示 ,PTFE多孔膜较PTFE和 FEP等驻极体材料有更优异的负电荷贮存稳定性 ,其常温负电荷的电荷贮存寿命可达 10

玻璃纤维/PTFE高温热压覆膜滤料的发展现状

叙述了高温烟气过滤材料的研究现状,分析了玻璃纤维/聚四氟乙烯(PTFE)覆膜滤料的表面过滤机理和与传统滤料相比其所具有的诸多优点。介绍了玻璃纤维/PTFE高温热压覆膜滤料的生产工艺,指出高温热压复合工艺是玻璃纤维/PTFE覆膜滤料品质的保证。

PTFE-环氧树脂复合固体润滑膜的摩擦学性能研究

以E-44环氧树脂为基料,再加入纳米级的PTFE微粒以及定量的乙二胺交联剂制备了PTFE固体复合润滑膜,通过摩擦磨损实验和表面形貌测试探讨了PTFE的最佳添加量,并考察了石墨添加量对复合固体润滑膜的硬度等性能的影响。实验结果表明:PTFE固体润滑膜具有良好的摩擦性能,加入石墨粉末后其摩擦因数有所提高,其硬度明显提高,单位磨损量降低。

PTFE填充PI基复合材料摩擦学性能

以聚四氟乙烯(PTFE)为填料,聚酰亚胺(PI)为基体,通过机械冷压法制备了聚酰亚胺/聚四氟乙烯(PI/PTFE)自润滑复合材料。研究了PTFE在复合材料中质量分数对该材料和金属试件对磨时摩擦学性能的影响。结果表明:在一定质量范围内PTFE的加入对于提高复合材料耐磨性具有积极的促进作用。当PTFE质量分数为30%时,PI/PTFE复合材料磨损率最低。和纯PI相比,填充PTFE的复合材料耐磨性提高3个数量级。对试件磨损形貌的分析表明:在对偶面形成转移膜的连续性直接影响PI/PTFE复合材料的摩擦磨损行为。对应最佳摩擦学性能时形成的自润滑转移膜更加连续、光滑和完整。

膜裂法PTFE短纤抗静电性研究

为提高PTFE短纤膜裂过程中的抗静电性能,采用抗静电剂共混和表面喷洒方式对PTFE短纤进行处理.结果表明,随着PTFE树脂中共混抗静电剂FC4400比例的增加,抗静电性能提高,但同时导致纤维强度的降低;当混和液中抗静电剂SN为1%,异丙醇超过39.6%时,表面喷洒的混和液可在PTFE片材表面形成连续薄膜,表现出较好的抗静电性能,且该方法对材料的断裂强度影响小.实际应用试验表明,通过喷洒抗静电剂的方式,可显著改善开纤过程中的纤维结团、缠辊等现象.

PVDF/PTFE双层复合驻极体膜的制备及压电性

基于利用PTFE优异的电荷储存性能，诱导和稳定PVDFβ相的形成以提高复合材料的压电性的思想，采用旋涂工艺和电晕放电方法制备了PVDF/PTFE复合驻极体压电膜，借助压电系数和表面电位测量相结合的方法，研究了制备工艺对复合膜驻极体性能的影响，并结合XRD衍射分析，研究了结晶形态与压电性的关系．结果表明复合膜d33压电系数最高达75pC/N，明显优于PVDF单层膜，其原因与复合膜电荷存储能力的提高及复合膜PVDF微晶中β相含量的增加有关．

PTFE/Kevlar纤维编织材料摩擦损伤演变规律研究

目的通过对PTFE/Kevlar纤维编织材料进行不同循环次数的往复摩擦磨损试验,研究并揭示其摩擦损伤演变规律和损伤机理。方法采用MXW-5型摩擦磨损试验机,同时保持一定的位移和频率,对材料分别进行2、5、10 N等3种载荷等级下往复运动的不同循环次数试验。采用体视显微镜(SM)对材料磨损表面在试验过程中产生的宏观损伤进行分析,利用3D光学显微镜(3D-OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)对损伤表面的微观形貌以及化学状态加以分析。结果3种不同载荷条件下的样品,在达到1000次循环往复运动之前,摩擦因数增大0.05,1000~5000次增幅减缓为0.02,并逐渐趋于稳定。不同循环次数下,损伤表面形成了不同大小的PTFE转移膜,将表面C元素覆盖。3种载荷下,编织材料的磨损机制主要为疲劳磨损。结论在载荷不变的条件下,随着循环次数的增加,前期编织材料磨痕表面部分区域会形成PTFE转移膜,对Kevlar纤维产生一定的保护作用,进而降低表面磨损程度。随着表面磨损程度不断加剧,磨痕表面形成的PTFE转移膜剥落,导致纤维重新暴露在表面,使磨损进一步加剧。同时,随着材料样品磨损不断严重,磨痕表面的氧化程度不断加深。

不同聚合物填充PTFE复合材料的摩擦学性能研究

利用机械共混,冷压成型,烧结等工艺制备了四种聚四氟乙烯复合材料,并利用MRH-3型摩擦磨损试验机考察了载荷200N,滑动速度2m/s下复合材料的摩擦磨损性能。采用JSM-6700扫描电子显微镜观察分析了转移膜形貌及磨损机理。实验结果表明,PEEK、AF、PI的加入都能有效地提高PTFE的压缩强度和压缩模量。10%PEEK/PTFE复合材料的平均摩擦系数最小,5%PI/10%PEEK/PTFE复合材料耐磨性最好,其耐磨性较纯PTFE提高了630倍。

PTFE/Al反应多层膜的制备及力学性能

以铝(Al)为可燃物质,聚四氟乙烯(PTFE)为氧化剂,利用射频磁控溅射法制备了不同厚度,交替沉积的PTFE/Al反应多层膜。采用原子力显微镜(AFM)、X-射线衍射仪(XRD)研究了溅射功率对薄膜表面形貌的影响规律,得到了PTFE/Al反应多层膜适宜的制备工艺,利用纳米压痕仪研究了PTFE/Al反应多层膜的力学性能。结果表明,当射频溅射功率分别为50 W和150 W时,制得的PTFE薄膜和Al薄膜的平均粗糙度与均方根粗糙度均较低。当PTFE/Al反应多层膜总厚度约为300 nm时,与相同厚度的纯PTFE膜和纯Al膜相比,PTFE/Al反应多层膜具有较高的硬度和弹性模量,分别为5.8 GPa和120.0 GPa。

对偶表面粗糙度对Nano-SiO2改性PTFE复合材料摩擦学性能的影响

为了研究干摩擦条件下对偶面粗糙度对纳米粒子填充改性聚四氟乙烯(PTFE)摩擦学性能的影响,采用冷压成型、热烧结的工艺方法制备nano-SiO2填充改性PTFE复合材料;采用LSR–2M型往复摩擦磨损试验机评价了nano-SiO2改性PTFE复合材料与具有3种不同表面粗糙度的对偶钢块(GCr15)之间的摩擦学特性;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分别表征了转移膜及磨屑的形貌、微观结构以及化学成分,从微观角度揭示nano-SiO2改性PTFE复合材料的摩擦转移机理。试验结果表明:纯PTFE及不同含量nano-SiO2改性PTFE复合材料的摩擦系数随着对偶钢块表面粗糙度的增大整体呈现增大趋势,在粗糙度Ra为0.1的对偶表面上复合材料的摩擦系数随着nano-SiO2含量的增加变化相对较小;在3种不同粗糙度对偶表面上,nano-SiO2的加入均有效降低了PTFE的磨损体积,当填充比例为0.5%时复合材料在粗糙度Ra为1.2的对偶面上摩擦学性能最佳,磨合时间比纯PTFE缩短了近10 min,耐磨性比纯PTFE提高了33.3%;复合材料中nano-SiO2的含量与对偶表面粗糙度存在一定的协同效应,即填充适量nano-SiO2的PTFE复合材料与具有一定表面粗糙度的对偶钢块组成的摩擦配副能有效促进复合材料的摩擦转移,并能在对偶表面形成覆盖率高、均匀、连续、表面较粗糙且与摩擦方向趋向一致的转移膜,有利于降低材料的磨损。