聚四氟乙烯(PTFE)含有強(qiáng)的氟碳鍵,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性、絕緣性、自潤(rùn)滑性和不粘附等特性,作為摩擦磨損高分子聚合物材料,具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和廣泛應(yīng)用。
但是,未經(jīng)改性的PTFE具有硬度較低且磨損量較大、導(dǎo)熱率低且線(xiàn)膨脹系數(shù)較大、易冷流且抗蠕變性不佳等不足,一定程度制約并影響了它的應(yīng)用領(lǐng)域和使用效能。長(zhǎng)期的科研實(shí)踐證實(shí),表面改性、共混改性和填充改性可在一定程度上彌補(bǔ)改善PTFE的不足。
以資源豐富且具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的天然硅酸鹽礦物為PTFE共混和填充改性原料,在改善PTFE摩擦磨損性能方面取得了明顯進(jìn)展。
Sleptsova等研究了蛇紋石和蛭石對(duì)PTFE摩擦磨損和力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)添加1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))~10%的蛇紋石或蛭石微納米粉體,在摩擦系數(shù)和材料力學(xué)性能保持基本穩(wěn)定的前提下,PTFE復(fù)合材料的磨損顯著降低(磨損量降低90%以上)。
Jia等將5%~30%的蛇紋石粉體與PTFE共混,經(jīng)冷壓–熱燒結(jié)制成復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)其摩擦系數(shù)與未添加礦物粉體的PTFE接近,但磨損量降低12~23倍,減磨效果十分突出。
研究還發(fā)現(xiàn),蒙脫石、高嶺石、滑石、埃洛石等作為PTFE的共混和填充改性原料,都可不同程度降低PTFE復(fù)合材料的磨損,同時(shí)顯現(xiàn)了改善復(fù)合材料力學(xué)性能的效。
以纖維狀硅灰石作為PTFE填充改性原料的實(shí)驗(yàn)研究,也證實(shí)硅灰石具有改善PTFE復(fù)合材料摩擦磨損和機(jī)械性能的作用,但經(jīng)表面改性或與石墨復(fù)合后協(xié)同效果更佳。將硅烷偶聯(lián)劑改性硅灰石添加到聚酰胺(PA)6、聚酰胺66及聚丙烯中,復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性明顯提高,吸水率降低。
近年來(lái),與葉蛇紋石具有相似結(jié)構(gòu)和成分的棒狀凹凸棒石的摩擦行為研究也取得了重要進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)凹凸棒石微納米粉體在潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂介質(zhì)中可以明顯降低金屬摩擦對(duì)偶的摩擦系數(shù)和磨損量,并對(duì)鐵基摩擦副表面具有一定的改性修復(fù)效果;凹凸棒石作為環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)劑的研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)離子液體改性后凹凸棒石填充環(huán)氧樹(shù)脂后,復(fù)合材料的耐磨性顯著提升,較純環(huán)氧樹(shù)脂提高了60%。
吳迪等將機(jī)械力化學(xué)改性后的凹凸棒石和硅灰石粉體添加到聚四氟乙烯(PTFE)中,通過(guò)機(jī)械攪拌、冷壓燒結(jié)制成礦物/聚合物復(fù)合材料。結(jié)果表明:添加凹凸棒石和硅灰石后,PTFE復(fù)合材料的結(jié)晶度、玻璃轉(zhuǎn)化溫度降低,硬度增加,摩擦系數(shù)稍有增加但磨損率顯著降低。研究認(rèn)為,凹凸棒石和硅灰石有利于金屬摩擦副表面轉(zhuǎn)移膜的形成,有效改善了PTFE復(fù)合材料與對(duì)偶金屬摩擦副摩擦界面的自適應(yīng)性,是導(dǎo)致摩擦副磨損率顯著降低的主要原因。
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