论文部分内容阅读
聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的耐化学腐蚀性能、耐热性能、耐老化性能等一系列优异的特性,是一种极具发展潜力的防腐和减摩材料。但是,PTFE的耐磨性能很差,不能满足严苛工况下的使用要求,限制了其广泛应用。以PTFE为基体,通过填加不同的材料可以改善其耐磨性能。碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)和四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)都可以作为填充剂改善材料的耐磨性能,是PTFE的理想填料。本论文以SiC、AlN和T-ZnOw为填充材料,PTFE为基体材料,采用冷压烧结成型工艺,制备了SiC/PTFE、AlN/PTFE、T-ZnOw/PTFE、SiC/T-ZnOw/PTFE、AlN/T-ZnOw/PTFE五种复合材料,研究了填料的种类及用量对PTFE复合材料性能的影响,对复合材料的硬度、密度、拉伸性能、摩擦磨损性能进行了测试,并利用扫描电子显微镜对PTFE复合材料的拉伸断面和磨损表面进行了形貌观察,得出以下结论:(1)通过单独填充SiC、AlN和T-ZnOw材料制备了SiC/PTFE、AlN/PTFE及T-ZnOw/PTFE三种二元PTFE复合材料。随填料含量的增加,复合材料的硬度、密度提高,拉伸性能降低,耐磨性能提高。SiC/PTFE复合材料和AlN/PTFE复合材料的摩擦系数增加,而T-ZnOw/PTFE复合材料的摩擦系数降低。(2)通过比较三种二元PTFE复合材料的性能,结果表明:T-ZnOw的填充效果最好,AlN的填充效果次之,SiC的填充效果最差。其中,SiC材料的最佳填充量为6wt.%,AlN材料的最佳填充量为6wt.%,T-ZnOw的最佳填充量为5wt.%。(3)通过协同填充两种填料制备了SiC/T-ZnOw/PTFE、AlN/T-ZnOw/PTFE两种三元PTFE复合材料。随填料含量的增加,复合材料的硬度、密度提高,拉伸性能降低,耐磨性能提高。且随载荷减小和磨速增加,三元PTFE复合材料耐磨性能提高。另外,改变SiC和AlN的含量对三元PTFE复合材料拉伸性能的影响较大(5wt.%SiC/T-ZnOw/PTFE、5wt.%AlN/T-ZnOw/PTFE复合材料拉伸性能较好),而改变T-ZnOw的含量对两种三元PTFE复合材料的拉伸性能的影响都较小。填加5wt.%SiC、10wt.%AlN、10wt.%T-ZnOw的复合材料的摩擦磨损性能较好。AlN/T-ZnOw的协同增强效果比SiC/T-ZnOw的协同增强效果更好。(4)通过比较二元PTFE复合材料和三元PTFE复合材料的摩擦学性能,结果表明:三元复合材料的耐磨性能比二元PTFE复合材料更好,且受载荷、速度的影响更小。(5)综合性能最好的二元PTFE复合材料是5wt.%T-ZnOw/PTFE复合材料,相比于纯PTFE材料,在中等摩擦测试条件下其硬度不变、密度上升0.6%、抗拉强度下降27.9%、断裂伸长率下降6.4%、磨损率下降69.8%、摩擦系数下降17.2%;综合性能最好的三元PTFE复合材料是5wt.%AlN/10wt.%T-ZnOw/PTFE复合材料,相比于纯PTFE材料,在中等摩擦测试条件下其硬度增加17.2%、密度上升4.3%、抗拉强度下降19.3%、断裂伸长率下降44.8%、磨损率下降88.4%、摩擦系数上升1.2%。