无机填料改性PTFE基复合材料摩擦学特性研究

摘要

聚四氟乙烯(PTFE)是一种综合性能优良的自润滑材料，具有极低的摩擦系数、优异的热稳定性和耐腐蚀性，被广泛应用于工程领域。但是，纯PTFE机械性能差、线膨胀系数大、导热性差，导致其磨损量大，因而不适宜单独作耐磨材料使用。通常通过填充改性的方法来改善其性能。本文采用实验研究与理论分析的方法，在PTFE中填充铜粉(铜粉6-6-3、8-3)、玻璃纤维、石墨、碳纤维和碳纳米管，通过固定某些填料的比例，改变其它填料的比例或颗粒粒径，制备出一系列的PTFE基复合材料，探讨了复合材料的摩擦磨损性能及其磨损机理。此外，对不同配方的复合材料的导热系数进行了测定，探讨了复合材料导热性能对其摩擦磨损性能的影响规律，取得了一定的研究成果。 本文研究了铜粉的类型、添加量以及粒径大小对PTFE基复合材料摩擦学特性的影响规律。通过保持玻璃纤维和石墨的含量均为5％，改变铜粉6-6-3或8-3的含量，结果表明：对于不同类型的铜粉，其相应复合材料获得最佳摩擦性能的比例分别为15％和30％。磨损量均随着铜粉6-6-3或8-3含量的增加有递减的趋势，但是，8-3的填充能带来更加显著的减磨效果。通过改变铜粉6-6-3或8-3粒径，研究结果发现越细的颗粒不仅不利于PTFE基复合材料摩擦性能的改善，而且还降低了复合材料的抗磨损能力。 本文研究了碳纤维或碳纳米管的添加量对PTFE基复合材料摩擦学特性的影响规律。保持复合材料中玻璃纤维和铜粉8-3含量分别为5％和30％，改变碳纤维或碳纳米管的含量，结果发现：随着碳纤维含量的增大，PTFE基复合材料摩擦系数逐渐的降低，而碳纳米管含量的增大显示了不利的影响。 对复合材料导热性能进行了测试分析，结果显示：铜粉6-6-3、铜粉8-3、碳纤维和碳纳米管的填加均不同程度的提高了PTFE基复合材料的导热性能，并且导热性能的提高对增强复合材料的抗磨损性能起到了有益的作用。

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第一章绪论

1.1聚合物及其复合材料摩擦学

1.1.1概述

1.1.2聚合物摩擦学材料研究进展

1.1.3聚合物摩擦学材料研究和发展方向

1.2聚四氟乙烯复合材料及其摩擦学性能

1.2.1聚四氟乙烯概述

1.2.2填料对PTFE基复合材料摩擦磨损性能的影响

1.3课题来源、研究目的和意义及主要研究内容

第二章试样制备与分析测试方法

2.1试样制备

2.1.1试样的原料

2.1.2填料特性概述

2.1.3 PTFE基复合材料的制备

2.2分析测试方法

2.2.1 PTFE基复合材料摩擦磨损试验

2.2.2 PTFE基复合材料硬度测试

2.2.3 PTFE基复合材料导热系数测试

第三章填料对PTFE基复合材料摩擦磨损性能的影响

3.1填料含量对PTFE基复合材料摩擦性能的影响

3.1.1铜粉含量的影响

3.1.2碳纤维/碳纳米管含量的影响

3.2铜粉粒径对PTFE基复合材料摩擦性能的影响

3.2.1铜粉6-6-3粒径的影响

3.2.2铜粉8-3粒径的影响

3.2.3两种铜粉粒径影响的比较

3.3填料含量对PTFE基复合材料磨损性能的影响

3.3.1铜粉6-6-3和铜粉8-3含量的影响

3.3.2碳纤维和碳纳米管含量的影响

3.4铜粉粒径对PTFE基复合材料磨损性能的影响

3.5 PTFE基复合材料的磨损机理

3.5.1 PTFE基复合材料硬度实验结果与分析

3.5.2填料含量对复合材料磨损表面微观形貌的影响

3.5.3铜粉粒径对PTFE基复合材料磨损表面微观形貌的影响

3.5.4磨损机理分析

第四章PTFE基复合材料导热性能及其对摩擦磨损性能的影响

4.1聚合物基复合材料导热性能研究综述

4.1.1填充型聚合物基导热材料的研究现状

4.1.2聚合物基导热材料的导热机理及理论模型的研究进展

4.1.3填充型聚合物基导热材料研究中存在的问题

4.2 PTFE基复合材料导热性能实验结果与分析

4.2.1铜粉粒径对PTFE基复合材料导热性能影响

4.2.2填料含量对PTFE基复合材料导热性能的影响

4.2.3 PTFE基复合材料导热性能对其摩擦磨损性能的影响

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文