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    稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的滑动磨损性能

    2018-09-08   来源:   点击数:39次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港报道的消息:合强度的CaP/PLLA、C/PLLA和dtin/PLLA复合材料,认为增加界面结合强度可降低复合材料界面降解速率‘16.由于纤维性能的差异较大,这个结论没有很强的说服力。本文研究的碳纤维可视为不降解,种类不变,稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的滑动磨损性能程先华薛玉君谢超英2(1.上海交通大学机械工程学院;2上海交通大学材料科学与工程学院,上海200030)子显微镜(SEM)分析了磨损机理。结果表明:在干摩擦条件下,经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度比未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的低,且减磨性能优于未经处理的;而稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度最低,减磨性能最好;未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料和偶联剂处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料都发生了剧烈的粘着转移;偶联剂与稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损机理主要是明显的磨粒磨损;稀土处理玻璃纤维填充PTFE复合材料的磨损形式主要是粘着转移和轻微的磨粒磨损。
      
      基金项目:国家自然科学基金资助项目(50275093);清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金资助项目(SKLT02-3)通讯作者:程先华,E~mail聚四氟乙烯(PTFE)具有极低的摩擦系数高的热稳定性和化学稳定性,是一种理想的自润滑材料。但因其机械性能差、线膨胀系数大导热性差及磨损量大,而不适宜单独作耐磨材料使甩人们用玻璃纤维、碳纤维铅粉和石墨等对PTFE进行填充改性,制备成PTFE复合材料,以提高其耐磨性、强度和刚度,并使其在摩擦学领域得到了广泛应用玻璃纤维具有很高的强度和刚度以及良好的导热性,可以改善PTFE复合材料的力学性能―般说来,作为无机材料的玻璃纤维与热塑性树脂(如PTFE)基体之间的亲和性都较差,这是由于缺少化学键合且界面层存在不相溶组分,复合时容易在界面上形成空隙和缺陷,使增强相与基体材料难于形成有效粘结,而导致界面结合强度较低采用偶联剂对玻璃纤维进行表面处理,在一定程度上能够改善纤维与基体之间的润湿性,并提高复合材料的力学性能。旦是用常规偶联剂处理玻璃纤维表面,并不足以使玻璃纤维与PTFE基体具有良好的界面结合力,玻璃纤维在外载荷作用下从基体中崩出,从而影响了PTFE复合材料的摩擦磨损性能稀土表面处理玻璃纤维以改善玻璃纤维与PTFE基体之间界面结合力的效果更好,并将PTFE复合材料的拉伸性能提高了50%以上本文作者在以前研究的基础上,采用经稀土表面处理的玻璃纤维、铅粉等填料填充PTFE,考察了PTFE复合材料在干摩擦条件下的滑动磨损性能1实验1.1原材料聚四氟乙烯:SM021-F型,上海氯碱化工总厂;玻璃纤维:直径9~1Lum,南京玻璃纤维研究设计院;Pb粉:300目,上海松连实业有限公司;球形青铜粉:120目,建海金属制粉厂;中碳钢板:厚度约为1.70mm,宝山钢铁股份有限公司;偶联剂:SG-Si900,南京曙光化工总厂;稀土表面处理剂:自制。
      
      1.2试样制备PTFE复合材料,由5wl%玻璃纤维及60wl%Pb粉填充制成,厚度为0.0卜0.03mm制样前先处理好3种玻璃纤维用于玻璃纤维表面处理的表面处理剂有:SGS(含1. 0w%SG-Si900的酒精溶液)RES(含稀土的酒精溶液)和SGS/RES(含1. 0wt%SG-Si900及稀土的酒精溶液),玻璃纤维表面处理工艺见表1列出了试样类型及玻璃纤维表面处理表1试样类型和玻璃纤维表面处理试样玻璃纤维表面处理剂表面处理剂浓度未处理偶联剂处理偶联剂与稀土处理稀土处理1.3摩擦学性能评价利用MMD-10端面磨损试验机(济南试验机厂生产),在室温干摩擦条件下分别考察了载荷和滑动速度对几种试样摩擦磨损性能的影响试样尺寸为36mmX 2mm,偶件为45钢环,内径外径30mm,厚度13mm,其表面硬度为HRC48~53,与试样接触端面的表面粗糙度Ra =0.6-08,um试验时间均为180min通过测量摩擦力矩确定摩擦系数,采用热电偶测量摩擦表面温度,并均由MMD-10试验机自动记录以试验前后试样的质量损失来检测磨损量。应用CSM950型扫描电子显微镜(SEM)观察磨损表面形貌。
      
      2结果与讨论2.1摩擦磨损性能表2列出了4种玻璃纤维填充的PTFE复合材表2 4种玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦磨损试验结果料在干摩檫条件下的摩檫系数和磨损量可以看出,经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度比未经表面处理玻璃纤维填充的复合材料低,而稀土表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和摩擦表面温度最低从表2还可以看出,与未经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料相比,经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损量降低了,并且稀土处理的减磨作用最明显,SGS/RES次之,SGS最差2(b)分别示出了4种玻璃纤维填充的PTFE复合材料在干摩擦条件下摩擦系数和磨损量随载荷的变化从(a)可以看出,在干摩擦条件下,4种玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数都随着载荷的增加而增大;从1000N到2500N,稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数最小,其摩擦性能最好;而未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数最大,其摩擦性能最差从(b)可以看出,这些玻璃纤维填充的PTFEt合材料的磨损量也都随着载荷的增加而增大从1000N到2500N,经表面处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损量比未经表面处理玻璃纤维填充的复合材料低,并且稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损量最低因此,稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料在干摩擦条件下减摩耐磨性能最好。
      
      (a)3(b)分别示出了稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料在干摩擦条件下摩擦系数和磨损量随滑动速度的变化可以看出,随着滑动速度的增大,稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的摩擦系数和磨损量都减小了;当滑动速度低于0.6m /时,摩擦系数和磨损量减小较为显著,当滑动速度为1. 0m/s时,摩擦系数和磨损量均为最小。
      
      这可能是由于在干摩擦条件下摩擦副接触表面温度随滑动速度的增加而升高较快,导致PTFE基体强度下降,甚至小于界面剪切强度,促进了PTFE在偶件表面形成转移膜,而变成了PTFE之间的摩擦,降低了复合材料的磨掼但是,相对滑动速度过高会产生高热从而加速材料的磨损本质是其在外甩下ct大分子他备认为未经处理和偶联剂处理的玻璃纤:维与bookmark8 2.2磨损表面SEM观察为4种玻璃纤维填充的PTFE复合材料在干摩擦条件下磨损表面形貌的SEM照片。可以看出,未经处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料和偶联剂处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的磨损表面均有粗大的裂纹(见(a)和(b)),这主要是由于这2种复合材料的摩擦副接触表面温度较高(见表2),导致复合材料软化和膨胀,PTFE发生快速流动及剧烈的粘着转移,降低了复合材料的承载能九同时表明当滑动速度为0l 4m/s时,未经表面处理和偶联剂处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料的极限载荷均小于1000N;偶联剂与稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料磨损表面有大量较深的犁沟(见(c)),呈现出明显的磨粒磨损特征;稀土处理玻璃纤维填充的PTFE复合材料磨损表面分布有片状的PTFE,并伴随有较浅的犁沟(见(d)),可见其磨损形式主要是粘着转移和轻微的磨粒磨掼链发生滑移或断裂,从而使材料被拉出结晶区并成片状转移到偶件表面,造成粘着磨损在PTFE中填充玻璃纤维后,提高了其抗压强度、硬度和抗蠕变性能当其与金属偶件对摩时,玻璃纤维起承载作用,同时也相对束缚了PTFE大分子,所以其耐磨性明显提高由于玻璃纤维在复合材料中是随机分布的,PTFE团块间有许多空穴,因此疲劳裂纹可能在空穴处萌生,而玻璃纤维可起疲劳裂纹的终止作用,但也可起诱发作甩玻璃纤维的作用取决于其与基体所形成界面的性质界面对复合材料的力学性能(包括摩擦学性能)起着重要的作甩玻璃纤维与PTFE基体之间的界面结合力是控制PTFE复合材料力学性能的重要因素,其界面性能的好坏直接影响PTFE复合材料摩擦学性能的发挥研究表明。只改变表面状况,可恰当地反映界面结合状态对C/PLA复合材料降解特性的影响。
      
      中国钢管信息港报道的消息:两种C/PLA复合材料的差别仅在于具有不同的界面结合状态。在(C/PLA)u复合材料的界面主要有vanderWaals力、偶极力和机械互锁力的作用;对于(C/PLA)T复合材料,碳纤维与PLA基体间加了起主导作用的化学键,使其界面结合强度提高,抑制了水分子沿界面的渗入(C/PLA复合材料的体外降解特性研究),FunctionalMaterials(功能材料),32(5),学博士学位论文),Tianin 1教育部博士点基金990566和天津市自然科学基金993622ll资助项目。
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