超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷

针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型,对比模拟与试验得到的A扫描时域信号,证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm,厚度0.03~0.40 mm的PTFE夹杂和厚度0.03~0.85 mm的富树脂缺陷,模拟得到超声A扫描信号,分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示,随着缺陷厚度增加,PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势,但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂,其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。

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。

PTFE原位成纤对PP/MWCNTs/PTFE复合材料发泡性能和力学性能的影响

采用共混造粒和微孔发泡注塑成型工艺,制备了聚四氟乙烯(PTFE)原位成纤增强的聚丙烯/多壁碳纳米管/聚四氟乙烯(PP/MWCNTs/PTFE)微孔复合材料,并对其结晶、流变、微孔发泡和力学性能进行了测试和表征。结果表明:与不加PTFE的PP/MWCNTs复合材料相比,PTFE的加入可以提高PP/MWCNTs/PTFE复合材料的结晶度,增大储能模量,降低损耗因子;PTFE的加入可以改善PP/MWCNTs/PTFE复合材料的泡孔结构,使泡孔密度增大,泡孔直径减小;相比PP/MWCNTs复合材料,当PFTE的加入量为1%(质量分数)时,PP/MWCNTs/PTFE复合材料的断裂伸长率提高了67.5%,抗拉强度提高了21.1%,杨氏模量提高了12.5%。

PTFE填充铜网复合材料损伤过程研究

为了研究聚四氟乙烯(PTFE)填充铜网复合材料的摩擦磨损性能以及细观损伤机制,使用往复摩擦磨损试验机对其进行全寿命磨损测试,并用扫描电子显微镜、光学显微镜和三维形貌仪对材料摩擦面及磨屑进行表征。结果表明:PTFE填充铜网复合材料全寿命(202 h)磨损过程主要分为磨合、稳定磨损和严重磨损3个阶段;在前20 h磨合阶段,摩擦因数逐渐升高,高载荷下大量的PTFE被挤出导致磨损率较大,同时转移膜生成,失效形式主要为机械剪切力下的剥落。在20~190 h稳定磨损阶段,摩擦因数先降低再升高且波动较大,磨损率趋于稳定,磨损机制主要为磨粒磨损,磨屑由层片状向粉末状转变,材料摩擦面粗糙度逐渐降低且磨损不均匀。通过微观表征,发现铜网编织结点与凸峰处磨损严重,通过受力仿真分析,发现铜网编织结点与凸峰处有应力集中现象,与试验中磨损严重的区域正好相对应,试验与数值模拟相关联。在190~202 h严重磨损阶段,摩擦因数和磨损量进一步升高,材料的耐磨性能与润滑性能急剧下降,最后材料被磨穿失效。

PTFE基复合材料在不同工况下的摩擦磨损性能研究进展

介绍了近年来聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料在不同工况下的摩擦磨损性能研究进展,对不同温度、载荷、滑动速率以及润滑条件等工况下的摩擦学性能研究现状进行了阐述,并指出了未来需要努力的方向。

填充改性PTFE复合材料蠕变性能的研究进展

介绍了近年来国内对不同填料填充PTFE复合材料压缩蠕变性能的研究,并指出了未来研究的方向。

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.

金属填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

利用ＭＨＫ５００型环块磨损实验机，对金属Ｃｕ，ｐｂ及Ｎｉ填充改性的ＰＴＦＥ复合材料在干摩擦条件下与ＧＣｒ１５轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了系统研究。并利用ＪＥＭ１２００ＥＸ／Ｓ分析电子显微镜和光学显微镜对ＰＴＦＥ复合材料的磨屑及摩擦磨损表面进行了考察。摩擦磨损实验的结果表明，金属填料Ｃｕ，Ｐｂ及Ｎｉ大大改善了ＰＴＦＥ复合材料的耐磨性，使ＰＴＦＥ复合材料的磨损量比纯ＰＴＦＥ降低了１～２个数量级。金属填料Ｃｕ及Ｐｂ降低了ＰＴＦＥ复合材料的摩擦系数，Ｎｉ则增大了复合材料的摩擦系数；Ｃｕ的减磨效果最好，而Ｐｂ的减磨效果则最差。ＳＥＭ及光学显微镜的分析表明，金属填料Ｃｕ，Ｐｂ及Ｎｉ不仅阻止了ＰＴＦＥ带状结构的破坏，改变了ＰＴＦＥ复合材料的磨屑形成机理，而且增强了转移膜与对偶表面间的粘附，促进了ＰＴＦＥ复合材料向对偶表面的转移。从而大大降低了ＰＴＦＥ复合材料的磨损，改善了复合材料的摩擦性能。

碳纤维/玻璃纤维/石墨协同改性PTFE复合材料力学性能

通过机械混合、冷压和烧结成型制备了碳纤维、玻璃纤维和石墨填充协同改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。对比分析了不同样品的拉伸、冲击和压缩等力学性能。结果表明:玻纤和碳纤维使复合材料冲击强度下降;玻纤使复合材料拉伸强度下降,碳纤维则使复合材料拉伸强度稍有增强;玻纤和碳纤维均使复合材料压缩强度增加,但碳纤维的增强效果更为明显;石墨、玻纤和碳纤维协同增强PTFE复合材料的拉伸强度较高,弹性模量较大,断裂伸长率较高,抗压缩性能明显提高,且材料拉伸时呈塑性断裂,是综合力学性能较好的高性能润滑密封材料。

PTFE复合材料的研究进展

概述了聚四氟乙烯基(PTFE)复合材料的发展现状,针对过滤和耐磨材料两大应用领域,重点介绍了纤维复合、无机粒子填充、织物增强及聚合物共混等复合材料的实现形式。指出了制约复合材料发展的共性关键问题-界面相容性,并对PTFE复合材料的发展前景作了展望。

金属硫化物及石墨填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

利用ＭＨＫ－５００ 型环－块磨损试验机，对ＭｏＳ２、ＣｕＳ、ＰｂＳ及石墨（添加量均为３０ ｖｏｌ％ ）填充的聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）复合材料在干摩擦条件下与ＧＣｒ１５ 轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究，并利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和光学显微镜对ＰＴＦＥ复合材料的磨屑和摩擦磨损表面进行了观察。结果表明，添加石墨降低了ＰＴＦＥ的摩擦系数，而添加ＭｏＳ２、ＣｕＳ及ＰｂＳ则增大了ＰＴＦＥ的摩擦系数；同时，添加ＭｏＳ２、ＣｕＳ、ＰｂＳ及石墨均可将ＰＴＦＥ的磨损量降低２ 个数量级，其中以ＰｂＳ的减磨效果为最好，而ＭｏＳ２ 的减磨效果则最差。

碳纳米管增强PTFE复合材料摩擦磨损性能研究

以不同含量的CNTs(碳纳米管)为填料制备了PTFE基复合材料,测量其硬度,在M-2000型摩擦磨损试验机上研究其摩擦磨损行为。结果表明,CNTs能提高PTFE的硬度,CNTs/PTFE复合材料的耐磨性能明显优于纯PT-FE,当CNTs的质量分数为3%时,复合材料的耐磨性能大幅度提高。其摩擦因数随着CNTs含量的增加而加大,当CNTs的质量分数为1%时,摩擦因数随载荷的增加而减少,CNTs的质量分数为3%和5%时,摩擦因数随载荷的增加而增大。SEM观察发现:纯PTFE的断面上分布着大量的带状结构,而填充CNTs后,摩擦表面较平整光滑,表明CNTs作为填料可有效地抑制PTFE的犁削和粘着磨损。

PTFE复合材料的摩擦学性能及力学性能

利用MM-200型磨损试验机,对不同填料填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,并探讨了淬火处理对PTFE复合材料摩擦学性能及力学性能的影响。研究发现,几乎所有填料均可大大降低PTFE复合材料的磨损,但其对PTFE复合材料性能的影响差别较大。聚苯脂填充PTFE复合材料虽然具有良好的摩擦磨损性能,但是其拉伸强度较小。PI增大了PTFE复合材料的摩擦系数,随着PI含量的增加,PTFE复合材料的拉伸强度增大,而其伸长率则减小。CdO填充PTFE复合材料虽具有良好的摩擦性能,但其伸长率较大。淬火处理使PTFE复合材料的结晶度下降,从而导致PTFE复合材料的硬度减小、耐磨性变差。

复合材料添加剂对改性PTFE的摩擦转移膜的形成和稳定作用

采用金属铜的微米粒子和纳米粒子作为聚四氟乙烯(以下记为:PTFE)的改性添加剂,研究了改性后PTFE的摩擦学性能和摩擦转移膜的形成和稳定性。实验揭示了金属微米粒子和纳米粒子对聚合物摩擦转移膜的形成具有不同的机制,分析表明:单独使用微米添加剂或纳米添加剂在提高PTFE复合材料的摩擦学特性方面都具有各自的优势和不足。

纳米ZnO填充的PTFE基复合材料摩擦学性能研究

利用MM - 2 0 0 0型摩擦磨损试验机研究了不同体积含量的纳米氧化锌 (ZnO)填充的PTFE基复合材料在干摩擦条件下与不锈钢对摩时的摩擦学性能 ,并利用扫描电子显微镜 (SEM)对PTFE及纳米ZnO/PTFE复合材料的微观结构、磨损表面和转移膜进行了观察和分析。结果表明 ,纳米ZnO/PTFE复合材料的摩擦性能与纯PTFE基本相当 ,但耐磨性明显优于后者 ,纳米ZnO在复合材料中的最佳含量为 15vol %左右。

纤维/Ekonol/PTFE复合材料的力学与摩擦学性能研究

对比考察了碳纤维(CF)、六钛酸钾晶须(PTW)分别与聚苯酯(Ekonol)混合填充对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学与摩擦学性能的影响,并探讨了内部机理。结果表明:PTW相比于传统纤维CF,尺寸细微,具有微区增强特性,PTW的填充提高了Ekonol/PTFE复合材料的致密程度,协助形成更为均匀、致密的转移膜,相比于CF/Ekonol/PTFE复合材料,有着较好的力学性能、摩擦稳定性、耐磨性,进一步改善了Ekonol/PTFE复合材料的综合性能。纤维、Ekonol混合填充PTFE,二者表现出协同润滑与减磨效应。纤维协助均匀、致密的转移膜的形成;而硬质Ekonol颗粒在纤维和对偶之间可能起到了一种第三体滚动效应,避免了纤维受到较为严重的磨损,从而提高复合材料的摩擦磨损性能。

铜包石墨填充PTFE基复合材料摩擦学特性的研究

研究了铜包石墨和铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ基复合材料的微观结构、力学性能及摩擦学特性．结果表明，铜包石墨填充ＰＴＦＥ复合材料的抗压缩性能、抗拉伸性能以及耐磨性能均优于铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ复合材料，其原因在于铜包石墨既增强了填料与ＰＴＦＥ的界面结合强度，又保证了ＰＴＦＥ连续相的完整性．此外，石墨表面铜包敷层的结构疏松、晶粒细小。

表面织构对PTFE复合材料摩擦磨损行为的影响

为了研究表面织构对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦磨损性能的影响规律及其作用机理,采用BBD响应面法对试验进行设计与分析,利用LSR-2M往复摩擦试验机测试了复合材料的摩擦学性能,建立了织构参数与摩擦系数和体积磨损率之间的二次回归模型,研究了槽宽、间距和角度参数及其交互作用对复合材料摩擦学性能的影响.结果表明:二次回归模型显著,拟合精度分别为82.9%和83.2%,预测出槽宽323.2μm、间距295.4μm、角度88.7°时摩擦系数存在最小值0.147,槽宽331.1μm、间距307.6μm、角度87.6°时体积磨损率存在最大值8.11×10^-5 mm^3/(Nm);织构增大了初始摩擦系数和体积磨损率,但有利于储存磨屑,在接触应力作用下磨屑中的纳米粒子与槽底及侧面的粗糙峰形成了机械互锁,提高了磨屑的附着力,促进了转移膜的生成.

Kevlar织物增强复合材料层合板冲击损伤特性研究

采用空气炮实验装置、渗透剂增强的 X射线照相法和高强光背射法 ,对中心受到横向冲击的 Kevlar/环氧层合板的冲击损伤情况进行了研究 ,借助于有限元程序对层合板的应力状态进行分析、计算 ,讨论了冲击速度、铺层角、弹丸质量变化时材料的破坏机理与特征 。

MoS_2和PTFE改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了炭纤维织物及辐照PTFE粉和MoS2粉改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,考察了MoS2的添加量及环境温度对改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能的影响,并用配备X射线能量色散谱的扫描电子显微镜对其磨损表面和偶件栓表面进行了观察和分析.结果表明:MoS2改性炭纤维织物可以明显改善炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,而PTFE的加入则不利于其摩擦磨损性能的改善;当MoS2质量分数在5%～15%之间时,MoS2可以有效降低炭纤维织物复合材料的摩擦系数;当MoS2质量分数为10%时,MoS2改性炭纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最佳;在不同温度条件下,MoS2改性炭纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率均低于炭纤维织物材料;当温度达到240 ℃时,炭纤维织物复合材料的磨损率急剧增大,但MoS2改性炭纤维织物复合材料的磨损率比炭纤维织物材料降低近35%.