聚四氟乙烯（PTFE）是一種具有低摩擦系數(shù)和自潤(rùn)滑性能的固體潤(rùn)滑劑,但超高的磨損率限制了其在摩擦領(lǐng)域的應(yīng)用。為增強(qiáng)PTFE力學(xué)性能的同時(shí)保留其低摩擦系數(shù),傳統(tǒng)方法是采用增強(qiáng)體填充或樹(shù)脂共混。而單一的增強(qiáng)手段往往不盡理想,因此本文將兩種增強(qiáng)手段相結(jié)合,在PTFE與聚醚醚酮（PEEK）樹(shù)脂共混的基礎(chǔ)上引入碳纖維（CF）,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料摩擦性能和力學(xué)性能的綜合調(diào)控。與傳統(tǒng)的短纖維增強(qiáng)材料相比,連續(xù)纖維可有效提升摩擦材料的承載能力;采用CF與樹(shù)脂纖維混編制備織物進(jìn)行模壓可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CF的預(yù)浸漬,提升材料的整體性和界面結(jié)合強(qiáng)度。因此本實(shí)驗(yàn)將CF、PTFE纖維和PEEK纖維以平紋編織的方式制備預(yù)制件,采用模壓成型制備連續(xù)CF增強(qiáng)PTFE/PEEK復(fù)合材料,最后結(jié)合摩擦實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬對(duì)樣品進(jìn)行摩擦性能和力學(xué)性能測(cè)試分析。本文首先通過(guò)對(duì)原料的熱性能測(cè)試和對(duì)比實(shí)驗(yàn)探索最佳成型工藝參數(shù),確定了345oC的成型溫度、0.5 MPa的成型壓力、[0/90]2的鋪層角度以及織物與混合樹(shù)脂粉末交替鋪層的鋪層方式。對(duì)樣品進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)探究材料組成與摩擦條件對(duì)摩擦性能的影響,結(jié)合磨痕形貌分析摩擦機(jī)理。摩擦實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)CF和... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

PTFE成膜機(jī)理[8]

�、提高笖厝侯j慷鵲仁侄衛(wèi)刺嶸?Σ聊ニ鸚?能。為利用PTFE的低摩擦系數(shù)，同時(shí)限制其磨損率，人們主要通過(guò)向PTFE引入填料或共混等手段制作復(fù)合材料，以實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦系數(shù)和磨損率的調(diào)控。PTFE復(fù)合材料摩擦?xí)r的模型如下圖1-3所示，PTFE的自潤(rùn)滑性能體現(xiàn)于磨屑在金屬對(duì)摩件上生成了一層轉(zhuǎn)移膜，同時(shí)PTFE摩擦面還有一層運(yùn)行膜[11]。轉(zhuǎn)移膜覆蓋住金屬表面將PTFE與金屬間摩擦變成膜與膜之間的滑動(dòng)。利用填充物促進(jìn)成膜并有效鎖住潤(rùn)滑膜來(lái)降低磨損是提升摩擦性能的關(guān)鍵，因此降低復(fù)合材料磨損率和摩擦系數(shù)重點(diǎn)在于找到合適的填料。圖1-3PTFE摩擦模型[11]。（1）纖維增強(qiáng)PTFE復(fù)合材料將纖維作為增強(qiáng)體加入復(fù)合材料中能提升材料硬度并有效幫助基體分擔(dān)載荷，在摩擦過(guò)程中降低材料的磨損率，因此也是改善PTFE摩擦性能最重要的手段之一。常用來(lái)做增強(qiáng)體的纖維有玻璃纖維（GF）、芳綸纖維、晶須和碳纖維（CF）。Feng[12]在PTFE中加入鈦酸鉀晶須（PTW），由于晶須的存在分擔(dān)了載荷，減小磨屑尺寸使得磨損率降為原來(lái)的10%，極限載荷和滑動(dòng)速度也有所提升。Huang[13]使用GF增強(qiáng)PTFE并研究了不同溫度下材料的摩擦性能發(fā)現(xiàn)在磨損初期PTFE直接接觸摩擦副引起較大磨損率，而后GF逐漸從內(nèi)部暴露承擔(dān)主要載荷使得磨損率下降。溫度較低時(shí)，摩擦率較穩(wěn)定；在高溫時(shí)，磨損過(guò)程復(fù)雜，由于基體發(fā)生軟化引起纖維脫粘，因此除了原有的黏著磨損還增加了脫落纖維的三體磨損。由于GF本身不具有潤(rùn)滑作用，因此很多實(shí)驗(yàn)選擇用CF做增強(qiáng)體來(lái)改善摩擦性能，一方面CF本質(zhì)是石墨，層狀結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性；另一方面CF具有良好

⒎⑸?幌盜謝?學(xué)反應(yīng)生成羧酸鹽，羧酸鹽與Al2O3和金屬摩擦副形成螯合物有利于潤(rùn)滑膜的固定，由此使得磨損率大幅下降。Sun[22]在PTFE中添加新型填料BeO和GeO2使磨損率下降為原來(lái)的0.1%，磨損率下降可能是摩擦面表面生成螯合物和控制微裂紋擴(kuò)展共同導(dǎo)致的。在PTFE中添加納米級(jí)石墨烯片、碳納米管和活性炭也會(huì)產(chǎn)生螯合物進(jìn)而達(dá)到磨損率下降的效果[23]。研究發(fā)現(xiàn)部分添加劑的含量與PTFE的磨損率呈-2次冪關(guān)系，即當(dāng)填料含量增加一個(gè)數(shù)量級(jí)可使磨損率下降兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但當(dāng)添加劑到達(dá)填充極限后可能會(huì)引發(fā)材料結(jié)構(gòu)的破壞[24]。圖1-4低磨損系統(tǒng)的摩擦模型[21]以納米填料為添加劑可以有效降低材料磨損率，但必須要面臨的問(wèn)題是由于較高的表面能引起的粒子團(tuán)聚，填充過(guò)量或分布不均都會(huì)直接弱化材料性能。許多填充物需要在特定條件下才能發(fā)揮作用，MoS2作為固體潤(rùn)滑劑在干燥的環(huán)境下能明顯的提升摩擦性能，但當(dāng)其暴露于潮濕空氣中時(shí)，會(huì)引起機(jī)械性能和摩擦性能的下降[25]。α-Al2O3填充PTFE也同樣表現(xiàn)出強(qiáng)烈的環(huán)境依賴性，在無(wú)水的環(huán)境下其對(duì)PTFE性能并無(wú)明顯改善，只有在有水的環(huán)境中才能促進(jìn)形成螯合物從而起到固定潤(rùn)滑膜的作用[26]。要解決該問(wèn)題還需為PTFE找尋更理想的填充物。（3）樹(shù)脂共混復(fù)合材料為獲得具有優(yōu)異性能的樹(shù)脂基復(fù)合材料，將基體共混也是一種常見(jiàn)的手段。PTFE的力學(xué)性能軟而弱，通常選用強(qiáng)度較高的樹(shù)脂與其共混來(lái)達(dá)到增強(qiáng)的目的。由于PTFE相容性較差，因此與之共混的聚合物較少，常見(jiàn)的有尼龍6（PA6）、尼龍66（PA66）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚砜（PES）、和PEEK等[27]。Rudresh[28]將PA66與PTFE混合，經(jīng)擠出和注塑成型制得具有不同配比的共混物，經(jīng)摩擦實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)共混物中PTFE的含量為30%時(shí)，材料耐磨性能最好，但整體磨損率降低

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]自潤(rùn)滑軸承摩擦學(xué)性能數(shù)值模擬的研究進(jìn)展[J]. 陳偉東,鄒芹,李艷國(guó),王明智.  軸承. 2019(10)
[2]基于ABAQUS的碳纖維增強(qiáng)鋁合金層合板的承載性能研究[J]. 尹學(xué)智,黃亞新,林淵.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2019(07)
[3]編織結(jié)構(gòu)對(duì)編織復(fù)合材料彎曲性能的影響[J]. 閆曉芳,曹海建,黃曉梅.  紡織科技進(jìn)展. 2019(04)
[4]聚醚醚酮在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 張輝,方良超,陳奇海,霍紹新,姚芮.  新技術(shù)新工藝. 2018(10)
[5]二維二軸單向編織鋪層復(fù)合材料拉伸性能的研究[J]. 施麗,陽(yáng)玉球,閻建華.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2018(03)
[6]二維編織復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究[J]. 馬曉紅,田文強(qiáng),夏燕茂.  上海紡織科技. 2016(05)
[7]分子模擬方法及模擬軟件Materials Studio在高分子材料中的應(yīng)用[J]. 莊昌清,岳紅,張慧軍.  塑料. 2010(04)
[8]聚醚醚酮纖維的結(jié)構(gòu)與性能[J]. 胡安,劉鵬清,徐建軍,葉光斗,任殿福,王貴賓.  合成纖維工業(yè). 2009(06)
[9]Effects of fibrous fillers on friction and wear properties of polytetrafluoroethylene composites under dry or wet conditions[J]. Huaiyuan Wang, Xin Feng, Yijun Shi, Xiaohua LuState Key Laboratory of Materials-oriented Chemical Engineering, Nanjing University of Technology,Nanjing 210009, China.  China Particuology. 2007(06)
[10]PEEK的特性及應(yīng)用[J]. 付國(guó)太,劉洪軍,張柏,韓光鶴.  工程塑料應(yīng)用. 2006(10)

博士論文
[1]三維機(jī)織復(fù)合材料拉伸和剪切損傷與失效分析[D]. 劉剛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]CFRP層合板低速?zèng)_擊行為與損傷機(jī)理研究[D]. 肖琳.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[3]高性能織物增強(qiáng)聚四氟乙烯復(fù)合材料摩擦學(xué)性能研究[D]. 劉沛.復(fù)旦大學(xué) 2013

碩士論文
[1]PTFE纖維織物自潤(rùn)滑復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 王媛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]三維編織碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料的制備及性能研究[D]. 許小海.天津大學(xué) 2012
[3]混雜纖維復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)靜載下數(shù)值模擬[D]. 王孟孟.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3544447