表面改性纳米Al_2O_3填充PTFE复合材料摩擦学特性的研究
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摘要
PTFE具有优异的自润滑、低摩擦、化学稳定性和热稳定性，但耐磨性较差，因而人们在利用不同种类的填料对PTFE进行填充改性，提高耐磨性方面作了大量研究工作，但在使用纳米无机填料填充改性PTFE方面研究很少，因此本课题主要探讨这一方面的问题。利用MM-200型磨损试验机考察了纳米Al_2O_3含量、载荷和对摩时间对表面处理纳米Al_2O_3填充PTFE复合材料在干摩擦滑动条件下摩擦磨损性能的影响。利用自制销-盘式磨粒磨损试验装置考察了填料含量、磨粒、载荷、转速对试件磨损量的影响情况。同时，为了评价表面处理方法在无机纳米粒子／塑料复合材料中所起的作用，制备了一份具有相同含量但未经表面处理纳米Al_2O_3填充PTFE，在相同工况下进行对比试验研究。采用扫描电子显微镜观察、分析磨损表面形貌，磨屑形状，纳米粒子分布情况及磨损机理。结果表明，在试验工况下，随纳米Al_2O_3含量增加，PTFE复合材料摩擦系数略有增加。纳米Al_2O_3经表面处理后只需较低的填充量(＜4％)就可提高PTFE耐磨性3～4倍。表面处理纳米Al_2O_3在PTFE中能较均匀分散，其耐磨性比相同含量但未经表面处理纳米Al_2O_3填充PTFE高一倍，当表面处理纳米Al_2O_3含量为3％时填充PTFE复合材料的磨损量为最小。在磨粒磨损试验中，磨粒粒度与载荷是对磨损量影响较大而速度对磨损量影响较小。导致PTFE磨损的重要机制是犁切和粘着磨损。
PTFE has many excellent properties such as: bonzer self-lubrication^ low fricatiom chemistry stabilization and thermal stabilization, but its wear resistance is very low to improve the wear resistance of PTFE a lot of researches have been down by means of adding fillers to it , there are still less report on nano-inorganic filler filled PTFE composites to change properties .In this paper, experimental study was made to question above problem. The dry sliding wear properties of PTFE composites filled with surface treated and untreated nano-AlaOa were tested on the model MM-200 tester , the effects of filled nano-AbOs content >. load and sliding speed on the wear mass lose were evaluated .At the same time, In order to estimate the role of different surface treatments on nano-inorganic filler and PTFE composites, PTFE composites filled with surface untreated nano-AliOs were prepared as antithesis at the same condition. Scanning Electron Microscopy(SEM) was employed to examine the worn surfaces^ shape of wear debris ^ dispersion of nano- A^Os and wear mechanism. The results indicate that the friction coefficient of PTFE composites increase slightly, but wear mass loss decrease significantly and then the wear resistance of PTFE composites filled with surface treated nano- A^Oj in low content(<4%) increased by 3-4 times compared with PTFE. Surface treated of nano- A^Oj could disperse proportionately in PTFE matrix when coupling agent presented the wear resistance of PTFE composites filled with modified nano- A^Os . the wear mass loss of is the smallest . the main factors effecting on the abrasive wear of PTFE composites are abrasive size and load, velocity seems has little relation with the wear behavior of the samples. The main wear mechanism is cutting and adhering.
PTFE has many excellent properties such as: bonzer self-lubrication^ low fricatiom chemistry stabilization and thermal stabilization, but its wear resistance is very low to improve the wear resistance of PTFE a lot of researches have been down by means of adding fillers to it , there are still less report on nano-inorganic filler filled PTFE composites to change properties .In this paper, experimental study was made to question above problem. The dry sliding wear properties of PTFE composites filled with surface treated and untreated nano-AlaOa were tested on the model MM-200 tester , the effects of filled nano-AbOs content >. load and sliding speed on the wear mass lose were evaluated .At the same time, In order to estimate the role of different surface treatments on nano-inorganic filler and PTFE composites, PTFE composites filled with surface untreated nano-AliOs were prepared as antithesis at the same condition. Scanning Electron Microscopy(SEM) was employed to examine the worn surfaces^ shape of wear debris ^ dispersion of nano- A^Os and wear mechanism. The results indicate that the friction coefficient of PTFE composites increase slightly, but wear mass loss decrease significantly and then the wear resistance of PTFE composites filled with surface treated nano- A^Oj in low content(<4%) increased by 3-4 times compared with PTFE. Surface treated of nano- A^Oj could disperse proportionately in PTFE matrix when coupling agent presented the wear resistance of PTFE composites filled with modified nano- A^Os . the wear mass loss of is the smallest . the main factors effecting on the abrasive wear of PTFE composites are abrasive size and load, velocity seems has little relation with the wear behavior of the samples. The main wear mechanism is cutting and adhering.
引文
[1] 籍国宝．摩擦磨损原理[M]．北京：农业出版社，1992，1-183．
[2] 中国农业机械化科学研究院工艺材料研究所编译．磨料磨损与抗磨技术译文集[M]．中国农业机械出版社，1981．
[3] 岳钟英．农机具的磨损与抗磨技术——摩擦磨损[M]．中国机械工程学会摩擦磨损润滑学会摩擦磨损编辑部，1990，1-317．
[4] 王承鹤．塑料摩擦学——塑料的摩擦、磨损、润滑理论与实践[M]．机械工业出版社，1994，1—333
[5] 温诗铸．世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势．机械工程学报[J]，2000，36(6)：
[6] 郭丰镐．聚四氟乙烯的摩擦磨损特性．机械工程材料 [J]，1994，(4)：5～11
[7] 佟金，路新春，陈永潭，等．Al_2O_3+PTFE(+PPS)复合材料滑动摩擦磨损的研究．摩擦学学报[J]，1993，13(2)：97-104．
[8] BAHADUR S, TABOR D. The wear of filled polytetrafluoroeethylene. Wear [J],1984,(98): 1-13.
[9] GONG D, ZHANG B, WANG H. Investigation of adhesive wear of filled polytetrafluoroethylene by ESCA, AES, and XRD. Wear[J]. 1990, (137): 25-39.
[10] TANAKA K. In friction and wear of materials, CED. Ludema K C, Buger R G. Amsterdam Elsevier[J],1986, 137.
[11] ZHANG Z, XUE Q, LIU W. Friction and wear characteristics of cerami particle filled polytetrafluoroethylene composites under oil-lubricated conditions J APPL polymsci [J], 1999, 73: 2611-2619.
[12] 刘维明，黄春祥，高玲，等．填充聚四氟乙烯对尼龙6摩擦磨损性能的研究．固体润滑[J]，1991，11(3)：168-173．
[13] 张招柱，薛群基，刘维明．等，几种金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在干摩擦磨损条件下的摩擦拭磨损性能．摩擦学学报[J]，1997，17(1)：45-52．
[14] 佟金，任露泉，陈永潭，等．聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的磨粒磨损性能与机理研究．摩擦学学报[J]，1994，14(1)：73-83．
[15] 周坤磷，曹伟民，张勇，等．氮化钛超细粉未PTFE基复合材料的摩擦磨损性能．科学通报刊[J]，1997，42(16)：1732-1736．
[16] 何春霞，史丽萍，沈惠平．纳米 Al_2O_3填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能的研究．摩擦学学报刊[J]，2000，20(2)：153-155．
[17] 杨志新．聚四氟乙烯改性材料及其应用．机械工程材料[J]1991，(2)：57-59．
[18] 石淼淼．聚四氟乙烯润滑材料介绍．机械科学与技术 [J]，1992，26(1)：49～51,60．
[19] 杨剑，滕凤恩．纳米材料综述．材料导报[J]，1997，11(2)：6～10．
[20] 承民联，丁永红．纳米TiO_2填充聚丙烯的研究．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨会流会论文集[A]．2001，(9) 64～67．
[21] Gieter H. Prag. Mate. Sci[J], 1989, (33): 223.
[22] Epperson J., Siegel R., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., [J], 1989, (132): 15
[23] Li D. X., Ping D. H., Ye H Q. et. al., PHIL, Mag. Lett., 1993.
[24] 刘伯元，黄锐，赵安赤．非金属纳米材料．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨文流会论文集[A]]．2001，(9)：110～130
[25] 张金柱，汪信，陆路德．纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用．工程塑料应用[J]，2001，29(5)：44-46．
[26] Mascia L., The Role of Addtiives in Plastics. [J], London, 1974.
[27] 杨伏生，周安宁，葛岭梅，等．聚合物增强增韧机理研究进展．中国塑料[J]，2001，15(8)：6-10．
[28] 胡圣飞，徐声钧，李纯清．纳米级无机粒子对塑料增韧增加研究进展．塑料[J]，1998，27(4)：13-16．
[29] 纪秋龙，章明秋，容敏智，等．减摩耐磨用无机颗粒／高分子复合材料 研究进展．中国塑料[J]，2001，15(8)：1-5．
[30] 刘伯元，赵安东．超细振动磨在纳米材料分散作用的研究．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨交流会论文集[A]，2001，(9)：33-39．
[31] 张金柱，汪信，陆路德．纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用．工程塑料应用[J]，2001，29(5)．
[32] 南京曙光化工厂产品简介．
[33] 孙载坚．关于纳米尼龙塑料的研究与开发．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨交流会论文集[A]．2001，9：68～69．
[34] 葛世荣，王伟华，王军祥．玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能的研究．摩擦学学报[J]，2000，20(6)：427-429．
[35] RONG MZ, ZHANG MQ, ZHANG MQ, et al. Microstructure and tribological behavior of polymeric nanocomposites. Ind Lubr Tribol [J], 2001, (53): 72-77.
[36] 解孝林，李伯耿，潘祖仁．填充聚合物材料用无机填料表面处理的研究进展．材料科学与工程[J]，1999，17(2)：63-65．
[37] 李同生，孙守镁，胡廷永，等，聚四氟乙烯磨损机理的探讨．摩擦学学报 [J]，1992，12(3)：223-231．
[38] Tanka K., Satoshi k., Effection of various Fillers on the friction and Wear of PTFE-based composites,Wear[J]1998，79：221-234．
[39] 张招柱，薛群基，刘维民，等．几种金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能．摩擦学学报 [J]，1997，17(1)：45-52．
[40] 路家斌．聚合物合金的摩擦磨损物性的研究．润滑与密封[J]，1996，(6)：37-40．
[41] 佟金，任露泉，陈秉聪．聚合物及其复合材料的磨料磨损．机械工程材料[J]，1991，(2)：24-26．
[2] 中国农业机械化科学研究院工艺材料研究所编译．磨料磨损与抗磨技术译文集[M]．中国农业机械出版社，1981．
[3] 岳钟英．农机具的磨损与抗磨技术——摩擦磨损[M]．中国机械工程学会摩擦磨损润滑学会摩擦磨损编辑部，1990，1-317．
[4] 王承鹤．塑料摩擦学——塑料的摩擦、磨损、润滑理论与实践[M]．机械工业出版社，1994，1—333
[5] 温诗铸．世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势．机械工程学报[J]，2000，36(6)：
[6] 郭丰镐．聚四氟乙烯的摩擦磨损特性．机械工程材料 [J]，1994，(4)：5～11
[7] 佟金，路新春，陈永潭，等．Al_2O_3+PTFE(+PPS)复合材料滑动摩擦磨损的研究．摩擦学学报[J]，1993，13(2)：97-104．
[8] BAHADUR S, TABOR D. The wear of filled polytetrafluoroeethylene. Wear [J],1984,(98): 1-13.
[9] GONG D, ZHANG B, WANG H. Investigation of adhesive wear of filled polytetrafluoroethylene by ESCA, AES, and XRD. Wear[J]. 1990, (137): 25-39.
[10] TANAKA K. In friction and wear of materials, CED. Ludema K C, Buger R G. Amsterdam Elsevier[J],1986, 137.
[11] ZHANG Z, XUE Q, LIU W. Friction and wear characteristics of cerami particle filled polytetrafluoroethylene composites under oil-lubricated conditions J APPL polymsci [J], 1999, 73: 2611-2619.
[12] 刘维明，黄春祥，高玲，等．填充聚四氟乙烯对尼龙6摩擦磨损性能的研究．固体润滑[J]，1991，11(3)：168-173．
[13] 张招柱，薛群基，刘维明．等，几种金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在干摩擦磨损条件下的摩擦拭磨损性能．摩擦学学报[J]，1997，17(1)：45-52．
[14] 佟金，任露泉，陈永潭，等．聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的磨粒磨损性能与机理研究．摩擦学学报[J]，1994，14(1)：73-83．
[15] 周坤磷，曹伟民，张勇，等．氮化钛超细粉未PTFE基复合材料的摩擦磨损性能．科学通报刊[J]，1997，42(16)：1732-1736．
[16] 何春霞，史丽萍，沈惠平．纳米 Al_2O_3填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能的研究．摩擦学学报刊[J]，2000，20(2)：153-155．
[17] 杨志新．聚四氟乙烯改性材料及其应用．机械工程材料[J]1991，(2)：57-59．
[18] 石淼淼．聚四氟乙烯润滑材料介绍．机械科学与技术 [J]，1992，26(1)：49～51,60．
[19] 杨剑，滕凤恩．纳米材料综述．材料导报[J]，1997，11(2)：6～10．
[20] 承民联，丁永红．纳米TiO_2填充聚丙烯的研究．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨会流会论文集[A]．2001，(9) 64～67．
[21] Gieter H. Prag. Mate. Sci[J], 1989, (33): 223.
[22] Epperson J., Siegel R., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., [J], 1989, (132): 15
[23] Li D. X., Ping D. H., Ye H Q. et. al., PHIL, Mag. Lett., 1993.
[24] 刘伯元，黄锐，赵安赤．非金属纳米材料．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨文流会论文集[A]]．2001，(9)：110～130
[25] 张金柱，汪信，陆路德．纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用．工程塑料应用[J]，2001，29(5)：44-46．
[26] Mascia L., The Role of Addtiives in Plastics. [J], London, 1974.
[27] 杨伏生，周安宁，葛岭梅，等．聚合物增强增韧机理研究进展．中国塑料[J]，2001，15(8)：6-10．
[28] 胡圣飞，徐声钧，李纯清．纳米级无机粒子对塑料增韧增加研究进展．塑料[J]，1998，27(4)：13-16．
[29] 纪秋龙，章明秋，容敏智，等．减摩耐磨用无机颗粒／高分子复合材料 研究进展．中国塑料[J]，2001，15(8)：1-5．
[30] 刘伯元，赵安东．超细振动磨在纳米材料分散作用的研究．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨交流会论文集[A]，2001，(9)：33-39．
[31] 张金柱，汪信，陆路德．纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用．工程塑料应用[J]，2001，29(5)．
[32] 南京曙光化工厂产品简介．
[33] 孙载坚．关于纳米尼龙塑料的研究与开发．纳米及超细技术在高聚物中的应用技术研讨交流会论文集[A]．2001，9：68～69．
[34] 葛世荣，王伟华，王军祥．玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能的研究．摩擦学学报[J]，2000，20(6)：427-429．
[35] RONG MZ, ZHANG MQ, ZHANG MQ, et al. Microstructure and tribological behavior of polymeric nanocomposites. Ind Lubr Tribol [J], 2001, (53): 72-77.
[36] 解孝林，李伯耿，潘祖仁．填充聚合物材料用无机填料表面处理的研究进展．材料科学与工程[J]，1999，17(2)：63-65．
[37] 李同生，孙守镁，胡廷永，等，聚四氟乙烯磨损机理的探讨．摩擦学学报 [J]，1992，12(3)：223-231．
[38] Tanka K., Satoshi k., Effection of various Fillers on the friction and Wear of PTFE-based composites,Wear[J]1998，79：221-234．
[39] 张招柱，薛群基，刘维民，等．几种金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能．摩擦学学报 [J]，1997，17(1)：45-52．
[40] 路家斌．聚合物合金的摩擦磨损物性的研究．润滑与密封[J]，1996，(6)：37-40．
[41] 佟金，任露泉，陈秉聪．聚合物及其复合材料的磨料磨损．机械工程材料[J]，1991，(2)：24-26．
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