聚四氟乙烯玻纤复合材料的制备及其摩擦性能研究(附件)【字数：18517】
摘 要摘 要聚四氟乙烯具有耐化学性好、摩擦因数低、高温稳定性好等特点，是一种重要的防腐和减摩材料。但是PTFE的耐磨损性很差，这限制了其广泛应用。以PTFE为基体，通过添加不同的填料可以改善其耐磨损性能。本论文以石墨和玻璃纤维为填充材料，聚四氟乙烯(PTFE)为基体材料，采用冷压烧结成型工艺，制备了PTFE/玻纤复合材料，研究了填料用量、种类及玻璃纤维的处理方法对PTFE复合材料性能的影响，对PTFE复合材料的硬度、密度、拉伸性能、摩擦磨损性能进行了测试，并利用扫描电子显微镜和超景深显微镜对PTFE复合材料的拉伸断面和磨痕形貌进行了观察。研究结果表明，石墨的加入使得PTFE/GR复合材料的摩擦系数和磨损率下降。随着玻璃纤维用量的增大，PTFE/GF复合材料的摩擦系数是先缓慢上升，当玻纤含量达到5wt%后，又出现下降趋势，随着玻纤的继续添加（10~25wt%），摩擦系数再次上升；磨损率急剧降低，当玻纤含量达到15wt%后，磨损率变化则趋于平缓。当玻璃纤维经过不同的改性处理后，PTFE/GF复合材料的耐磨性能有不同程度的改善，其中采用KH560的处理效果最佳，而摩擦系数的变化不大。同时加入石墨和玻璃纤维时，随着玻纤用量的减小和石墨用量的增大，PTFE/GF/GR复合材料的摩擦系数下降、磨损率增大。关键词聚四氟乙烯；玻璃纤维；填充改性；表面改性；摩擦磨损
目 录
第1章 绪论 1
1.1 聚四氟乙烯 1
1.1.1 PTFE的结构与组成 1
1.1.2 PTFE的优缺点 1
1.1.3 PTFE的应用 3
1.2 PTFE复合材料的国内外研究现状 3
1.2.1 PTFE的表面改性 4
1.2.2 PTFE的共混改性 5
1.2.3 PTFE的填充改性 6
1.3 玻璃纤维的表面处理方法 8
1.3.1 偶联剂处理 9
1.3.2 接枝处理 9
1.4 PTFE复合材料的成型工艺 9
1.4.1 PTFE的成型工艺特性 9
1.4.2 冷压成型工艺 10
1.4.3 烧结固化工艺 10
1.5 主要研究内容 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
第2章 实验内容与方法 12
2.1 实验原料 12
2.2 仪器与设备 12
2.3 复合材料的制备 13
2.3.1 玻纤的表面改性 13
2.3.2 PTFE复合材料的制备 13
2.4表征及测试 14
2.4.1 摩擦磨损性能测试 14
2.4.2 拉伸性能测试 15
2.4.3 硬度测试 15
2.4.4 密度测试 15
2.4.5 X射线衍射测试 15
2.4.6 拉伸断面形貌观察 15
2.4.7 磨损表面形貌观察 15
第3章 结果与讨论 16
3.1 PTFE/GR复合材料 16
3.1.1 硬度与密度 16
3.1.2 拉伸性能 16
3.1.3 摩擦磨损性能 17
3.1.4 结晶性能 18
3.2 PTFE/GF复合材料 19
3.2.1 硬度与密度 19
3.2.2 拉伸性能 20
3.2.3 摩擦磨损性能 22
3.2.4 结晶性能 25
3.3 PTFE/改性GF复合材料 26
3.3.1 硬度与密度 26
3.3.2 拉伸性能 26
3.3.3 摩擦磨损性能 28
3.4 PTFE/GF/GR复合材料 30
3.4.1 硬度与密度 30
3.4.2 拉伸性能 30
3.4.3 摩擦磨损性能 32
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 35
第1章 绪论
1.1 聚四氟乙烯
聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE），是由美国化学家Plunkett于1938年意外发现，并由1946年实现了工业化生产。PTFE是塑料中最重的一种，是具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性能的半结晶聚合物，因此也称之为“塑料王”。PTFE的产生已解决了化工、石油、机械、电子、制药、军工、航空、环保等领域中的诸多问题，可应用于密封件、滑动轴承、活塞环等。然而，PTFE的力学性能较差、线性膨胀系数大、抗蠕变性能差、耐磨性差，这是限制PTFE应用的最大缺点。目前，PTFE的主要研究和发展方向是改性PTFE以获得更好的整体性能或开发新型PTFE复合材料。
1.1.1 PTFE的结构与组成
在PTFE中，相邻的F原子的负电荷相互排斥，导致碳链被扭曲，从PE的平面到PTFE螺旋构象，形成紧密的“氟”的保护层，使碳链不易受外界的影响，这使得PTFE的碳链骨架不容易到受外界影响，所以PTFE具有优良的化学稳定性、耐溶剂性和非常低的内聚能密度；CC键能为332kJ/mol，CF键能为485kJ/mol，在常见键能中属于较强的几种键，因此PTFE分子紧密的结合在一起，具有优良的耐热性；CC键长为1.54×1010m，CF键长为1.38×1010m，在已知的单键是较短的键长的一类，所以PTFE有优良的化学稳定性；PTFE的分子主链上无支链，且内部不产生交联，因此其分子轮廓光滑，又TFE单体对称程度高，这使得PTFE的分子间吸引力和表面能很低，所以PTFE有着极低的摩擦系数，容易在滑动过程中滑移到对偶面上形成转移膜，同时也使得PTFE的蠕变阻力和耐磨性很差，导致PTFE结晶能力很强，所以加工十分困难。
1.1.2 PTFE的优缺点
由于PTFE具有独特的分子结构特点，因此其具有以下优缺点：
优点
（1）耐高低温。PTFE的使用温度范围为190℃~260℃，使用温区宽广，允许对其进行冷热交替操作，甚至在196℃时PTFE仍然能保持5％的伸长率。
（2）耐腐蚀性和耐化学品性。PTFE几乎对所有化学药品和溶剂表现出惰性（除熔融的碱金属外）。例如，在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸PTFE，其重量和性能无明显变化。PTFE能耐大部分强酸强碱、水和各种有机溶剂。
（3）耐老化性能优异。在已知塑料中，PTFE有着最好的老化寿命，其不仅在极端温度下尺寸稳定，而且对辐射也有着不错的防护能力。
（4）高润滑性。PTFE的摩擦系数（0.13~0.16）很小，是已知固体材料中摩擦系数最小的材料。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 聚四氟乙烯 1
1.1.1 PTFE的结构与组成 1
1.1.2 PTFE的优缺点 1
1.1.3 PTFE的应用 3
1.2 PTFE复合材料的国内外研究现状 3
1.2.1 PTFE的表面改性 4
1.2.2 PTFE的共混改性 5
1.2.3 PTFE的填充改性 6
1.3 玻璃纤维的表面处理方法 8
1.3.1 偶联剂处理 9
1.3.2 接枝处理 9
1.4 PTFE复合材料的成型工艺 9
1.4.1 PTFE的成型工艺特性 9
1.4.2 冷压成型工艺 10
1.4.3 烧结固化工艺 10
1.5 主要研究内容 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
第2章 实验内容与方法 12
2.1 实验原料 12
2.2 仪器与设备 12
2.3 复合材料的制备 13
2.3.1 玻纤的表面改性 13
2.3.2 PTFE复合材料的制备 13
2.4表征及测试 14
2.4.1 摩擦磨损性能测试 14
2.4.2 拉伸性能测试 15
2.4.3 硬度测试 15
2.4.4 密度测试 15
2.4.5 X射线衍射测试 15
2.4.6 拉伸断面形貌观察 15
2.4.7 磨损表面形貌观察 15
第3章 结果与讨论 16
3.1 PTFE/GR复合材料 16
3.1.1 硬度与密度 16
3.1.2 拉伸性能 16
3.1.3 摩擦磨损性能 17
3.1.4 结晶性能 18
3.2 PTFE/GF复合材料 19
3.2.1 硬度与密度 19
3.2.2 拉伸性能 20
3.2.3 摩擦磨损性能 22
3.2.4 结晶性能 25
3.3 PTFE/改性GF复合材料 26
3.3.1 硬度与密度 26
3.3.2 拉伸性能 26
3.3.3 摩擦磨损性能 28
3.4 PTFE/GF/GR复合材料 30
3.4.1 硬度与密度 30
3.4.2 拉伸性能 30
3.4.3 摩擦磨损性能 32
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 35
第1章 绪论
1.1 聚四氟乙烯
聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE），是由美国化学家Plunkett于1938年意外发现，并由1946年实现了工业化生产。PTFE是塑料中最重的一种，是具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性能的半结晶聚合物，因此也称之为“塑料王”。PTFE的产生已解决了化工、石油、机械、电子、制药、军工、航空、环保等领域中的诸多问题，可应用于密封件、滑动轴承、活塞环等。然而，PTFE的力学性能较差、线性膨胀系数大、抗蠕变性能差、耐磨性差，这是限制PTFE应用的最大缺点。目前，PTFE的主要研究和发展方向是改性PTFE以获得更好的整体性能或开发新型PTFE复合材料。
1.1.1 PTFE的结构与组成
在PTFE中，相邻的F原子的负电荷相互排斥，导致碳链被扭曲，从PE的平面到PTFE螺旋构象，形成紧密的“氟”的保护层，使碳链不易受外界的影响，这使得PTFE的碳链骨架不容易到受外界影响，所以PTFE具有优良的化学稳定性、耐溶剂性和非常低的内聚能密度；CC键能为332kJ/mol，CF键能为485kJ/mol，在常见键能中属于较强的几种键，因此PTFE分子紧密的结合在一起，具有优良的耐热性；CC键长为1.54×1010m，CF键长为1.38×1010m，在已知的单键是较短的键长的一类，所以PTFE有优良的化学稳定性；PTFE的分子主链上无支链，且内部不产生交联，因此其分子轮廓光滑，又TFE单体对称程度高，这使得PTFE的分子间吸引力和表面能很低，所以PTFE有着极低的摩擦系数，容易在滑动过程中滑移到对偶面上形成转移膜，同时也使得PTFE的蠕变阻力和耐磨性很差，导致PTFE结晶能力很强，所以加工十分困难。
1.1.2 PTFE的优缺点
由于PTFE具有独特的分子结构特点，因此其具有以下优缺点：
优点
（1）耐高低温。PTFE的使用温度范围为190℃~260℃，使用温区宽广，允许对其进行冷热交替操作，甚至在196℃时PTFE仍然能保持5％的伸长率。
（2）耐腐蚀性和耐化学品性。PTFE几乎对所有化学药品和溶剂表现出惰性（除熔融的碱金属外）。例如，在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸PTFE，其重量和性能无明显变化。PTFE能耐大部分强酸强碱、水和各种有机溶剂。
（3）耐老化性能优异。在已知塑料中，PTFE有着最好的老化寿命，其不仅在极端温度下尺寸稳定，而且对辐射也有着不错的防护能力。
（4）高润滑性。PTFE的摩擦系数（0.13~0.16）很小，是已知固体材料中摩擦系数最小的材料。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/158.html
