聚四氟乙烯（PTFE）是一種具有低摩擦系數(shù)和自潤滑性能的固體潤滑劑,但超高的磨損率限制了其在摩擦領(lǐng)域的應用。為增強PTFE力學性能的同時保留其低摩擦系數(shù),傳統(tǒng)方法是采用增強體填充或樹脂共混。而單一的增強手段往往不盡理想,因此本文將兩種增強手段相結(jié)合,在PTFE與聚醚醚酮（PEEK）樹脂共混的基礎(chǔ)上引入碳纖維（CF）,實現(xiàn)對材料摩擦性能和力學性能的綜合調(diào)控。與傳統(tǒng)的短纖維增強材料相比,連續(xù)纖維可有效提升摩擦材料的承載能力;采用CF與樹脂纖維混編制備織物進行模壓可以實現(xiàn)對CF的預浸漬,提升材料的整體性和界面結(jié)合強度。因此本實驗將CF、PTFE纖維和PEEK纖維以平紋編織的方式制備預制件,采用模壓成型制備連續(xù)CF增強PTFE/PEEK復合材料,最后結(jié)合摩擦實驗和計算機模擬對樣品進行摩擦性能和力學性能測試分析。本文首先通過對原料的熱性能測試和對比實驗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脂粉末交替鋪層的鋪層方式。對樣品進行摩擦實驗探究材料組成與摩擦條件對摩擦性能的影響,結(jié)合磨痕形貌分析摩擦機理。摩擦實驗首先證實CF和... 

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

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PTFE成膜機理[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)，同時限制其磨損率，人們主要通過向PTFE引入填料或共混等手段制作復合材料，以實現(xiàn)對摩擦系數(shù)和磨損率的調(diào)控。PTFE復合材料摩擦時的模型如下圖1-3所示，PTFE的自潤滑性能體現(xiàn)于磨屑在金屬對摩件上生成了一層轉(zhuǎn)移膜，同時PTFE摩擦面還有一層運行膜[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。利用填充物促進成膜并有效鎖住潤滑膜來降低磨損是提升摩擦性能的關(guān)鍵，因此降低復合材料磨損率和摩擦系數(shù)重點在于找到合適的填料。圖1-3PTFE摩擦模型[11]。（1）纖維增強PTFE復合材料將纖維作為增強體加入復合材料中能提升材料硬度并有效幫助基體分擔載荷，在摩擦過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。常用來做增強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了載荷，減小磨屑尺寸使得磨損率降為原來的10%，極限載荷和滑動速度也有所提升。Huang[13]使用GF增強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)部暴露承擔主要載荷使得磨損率下降。溫度較低時，摩擦率較穩(wěn)定；在高溫時，磨損過程復雜，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本身不具有潤滑作用，因此很多實驗選擇用CF做增強體來改善摩擦性能，一方面CF本質(zhì)是石墨，層狀結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的潤滑性；另一方面CF具有良好

⒎⑸?幌盜謝?學反應生成羧酸鹽，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展共同導致的。在PTFE中添加納米級石墨烯片、碳納米管和活性炭也會產(chǎn)生螯合物進而達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，即當填料含量增加一個數(shù)量級可使磨損率下降兩個數(shù)量級，但當添加劑到達填充極限后可能會引發(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，但必須要面臨的問題是由于較高的表面能引起的粒子團聚，填充過量或分布不均都會直接弱化材料性能。許多填充物需要在特定條件下才能發(fā)揮作用，MoS2作為固體潤滑劑在干燥的環(huán)境下能明顯的提升摩擦性能，但當其暴露于潮濕空氣中時，會引起機械性能和摩擦性能的下降[25]。α-Al2O3填充PTFE也同樣表現(xiàn)出強烈的環(huán)境依賴性，在無水的環(huán)境下其對PTFE性能并無明顯改善，只有在有水的環(huán)境中才能促進形成螯合物從而起到固定潤滑膜的作用[26]。要解決該問題還需為PTFE找尋更理想的填充物。（3）樹脂共混復合材料為獲得具有優(yōu)異性能的樹脂基復合材料，將基體共混也是一種常見的手段。PTFE的力學性能軟而弱，通常選用強度較高的樹脂與其共混來達到增強的目的。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)摩擦實驗發(fā)現(xiàn)當共混物中PTFE的含量為30%時，材料耐磨性能最好，但整體磨損率降低

【參考文獻】：
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