碳系材料填充PTFE基复合材料摩擦磨损性能研究

摘要

制备高性能聚合物基复合材料是提高机件耐磨性能的重要途径，颗粒和纤维填充PTFE聚合物基复合材料具有良好的耐磨性能，且比重轻、绝缘性能好，适用于航空、电子、计算机等高、精、尖领域代替某些金属、合金用以减轻结构重量、提高机构的灵便性。碳系材料产品丰富，有关碳系材料填充PTFE复合材料摩擦磨损性能的系统研究尚十分少见。 本课题主要探讨以石墨，碳黑，碳纤维和碳纳米管等碳系材料填充改性的PTFE摩擦磨损性能。利用MM-200型磨损试验机考察了在干摩擦滑动磨损条件下，PTFE基复合材料的磨损量、摩擦系数，对其与磨损外部条件(载荷)和材料的内部因素(填料的含量、粒径、种类)的关系进行了较为系统的研究，结合SEM形貌图对磨损机理进行了分析。结果表明：随载荷增加，碳系材料填充PTFE复合材料的磨损量增大，摩擦系数减小；随填充材料含量的增加，PTFE基体复合材料的耐磨性能明显提高，而摩擦系数略有增大，且随含量增大变化较小。PTFE中碳纤维和软碳的最佳含量为7％，硬碳最佳含量为10％。在耐磨性能方面，碳黑填充改性效果最好，其它依次是碳纳米管、硬碳、碳纤维、软碳和石墨；在摩擦性能方面，石墨-PTFE复合材料的摩擦系数最低，碳纳米管和软碳填充复合材料摩擦系数相近，硬碳和碳黑填充复合材料摩擦系数最大。结果还表明，纳米级石墨比微米级石墨改性效果好；而纳米碳黑改性效果不及微米碳黑。SEM形貌图象表明，石墨填充复合材料主要是犁削磨损，其它材料填充复合材料主要是粘着磨损，随载荷增大，粘着磨损加剧，且随含量增大，由粘着磨损为主转变为磨粒磨损为主。 本文采用HR-150A型洛氏硬度计对PTFE及其复合材料进行硬度测试。结果表明，随填充材料含量增加，PTFE复合材料硬度增大，其中，碳纳米管对PTFE硬度提高效果最好，其次是碳黑、硬碳、碳纤维，软碳和石墨；结果还表明，纳米级填充材料硬度提高效果优于同种微米级填充材料。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章聚四氟乙烯及碳系填充材料结构和性能

第三章试验设计与方法

第四章试验数据分析

第五章结论与展望

参考文献

致谢