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纤维与粉末填充改性增强聚四氟乙烯复合材料的制备与性能研究

作　者: 朱恩波
导　师: 袁新华
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: 聚四氟乙烯 纤维 粉末 填充改性 力学性能 摩擦磨损
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 221次
引　用: 2次
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内容摘要


聚四氟乙烯（PTFE）是一种热塑性塑料,有“塑料王”之称,具有高度的化学稳定性和优异的润滑性,是重要的防腐和减摩材料。但PTFE的耐磨性和机械性能较差,限制了其广泛应用。常采用填充改性、表面改性和共混改性等方法改善PTFE的性能。本研究选用纤维和粉末填充改性PTFE,制备出纤维、粉末和石墨填充增强的PTFE复合材料。分析了原料配比对PTFE复合材料性能的影响,探讨了增强机理,为扩大PTFE的应用提供理论依据。通过拉伸试验、冲击试验、硬度测试和压缩试验测试了PTFE及其复合材料的力学性能,结果表明:PPS、PPTA和SiO2可使复合材料的硬度提高1倍多,而GF使复合材料的硬度稍有提高;PPS纤维和PPTA纤维的加入使复合材料的拉伸强度提高了10%,而GF、PPS纤维粉、PPS粉末和SiO2的加入却使复合材料的拉伸强度降低了30%-70%;PPS纤维、PPTA纤维和SiO2的加入使复合材料的冲击强度分别提高了27%、47%和23%,而GF、PPS纤维粉和PPS粉末的加入却使复合材料的冲击强度降低了14%-25%;GF和SiO2的加入使复合材料的压缩强度分别提高了17%和15%,而PPS和PPTA的加入却使复合材料的压缩强度降低了21%-44%。石墨能提高复合材料的压缩强度,但硬度、拉伸强度和冲击强度下降。纤维、粉末和石墨协同填充增强PTFE复合材料的拉伸强度、冲击强度、硬度均得到提高,而压缩强度较纯PTFE下降较少。测试了PTFE及其复合材料的摩擦磨损性能,并用扫描电镜（SEM）对磨损表面形貌观察,探讨纤维、粉末和石墨填充增强PTFE复合材料的减摩耐磨机理,结果表明:纤维和粉末在基体中优先承受载荷,并能将摩擦面上压应力和剪应力传递到基体内部而不至于在表面层应力集中,有效阻止了PTFE的大面积破坏,提高了耐磨性。纤维和有机粉末会在磨损面富集,导致摩擦系数提高,并且在载荷的作用下容易脱落,造成磨粒磨损;石墨可以在磨损表面形成润滑膜,降低摩擦系数,提高材料耐磨性。石墨的加入还可以减小纤维所受的摩擦力,降低纤维的脱落趋势,起到了润滑剂的作用。SiO2的加入降低了复合材料的摩擦系数和磨损率,而其他填料的加入使复合材料的摩擦系数增大,磨损率降低。纤维、粉末和石墨协同增强的PTFE复合材料的摩擦磨损性能更佳。综合试验结果可知:纤维、粉末和石墨协同增强PTFE复合材料的摩擦磨损性能、综合力学性能较好。最优配方分别为（wt%）:15PPS纤维+15Gr+70PTFE:10PPS纤维粉+20Gr+70PTFE;10PPS粉末+20Gr+70PTFE;20PPTA+10Gr+70PTFE;20GF+10Gr+70PTFE;15SiO2+15Gr+70PTFE。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第1章 绪论  12-32
  1.1 聚四氟乙烯的概述  12-16
    1.1.1 PTFE的组成和结构  12-13
    1.1.2 PTFE的物理、化学特性  13-14
    1.1.3 PTFE的应用  14-16
  1.2 PTFE改性研究  16-25
    1.2.1 PTFE表面改性  16-19
    1.2.2 PTFE共混改性  19
    1.2.3 PTFE填充改性  19-25
  1.3 复合材料的界面层作用机理和纤维的表面处理方法  25-28
    1.3.1 界面层的作用机理  25-26
    1.3.2 纤维的表面处理方法  26-28
  1.4 成型工艺  28-30
    1.4.1 冷压成型工艺的确定  28-29
    1.4.2 烧结固化工艺的确定  29-30
  1.5 课题意义和内容  30-32
    1.5.1 研究意义  30-31
    1.5.2 研究内容  31-32
第2章 试验部分  32-36
  2.1 原料  32
  2.2 仪器与设备  32-33
    2.2.1 实验仪器与设备  32
    2.2.2 分析仪器  32-33
  2.3 工艺过程  33
    2.3.1 PPS和PPTA的表面清洗  33
    2.3.2 PTFE复合材料的制备  33
  2.4 分析测试  33-36
    2.4.1 力学性能测试  34
    2.4.2 摩擦磨损性能测试  34-35
    2.4.3 表面形貌观察  35-36
第3章 聚苯硫醚和石墨复合填充PTFE的研究  36-52
  3.1 聚苯硫醚和石墨的概述  36-37
    3.1.1 聚苯硫醚(PPS)  36-37
    3.1.2 石墨(Gr)  37
  3.2 成型工艺的确定  37-38
    3.2.1 冷压工艺的确定  37
    3.2.2 烧结固化工艺的确定  37-38
  3.3 PPS和石墨填充PTFE复合材料的性能测试  38-49
    3.3.1 拉伸性能测试  38-40
    3.3.2 冲击性能测试  40-42
    3.3.3 冲击断面形貌分析  42-43
    3.3.4 硬度测试  43-44
    3.3.5 压缩性能测试  44-46
    3.3.6 摩擦磨损性能测试  46-48
    3.3.7 磨损表面分析  48-49
  3.4 本章小结  49-52
第4章 纤维和石墨复合填充PTFE的研究  52-65
  4.1 纤维和石墨概述  52-53
    4.1.1 芳纶纤维概述  52
    4.1.2 玻璃纤维概述  52-53
  4.2 纤维和石墨填充PTFE复合材料的性能测试  53-63
    4.2.1 拉伸性能测试  53-55
    4.2.2 冲击性能测试  55-56
    4.2.3 冲击断面形貌分析  56-57
    4.2.4 硬度测试  57-58
    4.2.5 压缩性能测试  58-60
    4.2.6 摩擦磨损性能测试  60-62
    4.2.7 磨损表面分析  62-63
  4.3 本章小结  63-65
第5章 粉末和石墨复合填充 PTFE的研究  65-75
  5.1 SiO_2概述  65-66
  5.2 粉末和石墨复合填充PTFE复合材料的性能测试  66-74
    5.2.1 拉伸性能测试  66-68
    5.2.2 冲击性能测试  68-69
    5.2.3 冲击断面形貌分析  69
    5.2.4 硬度测试  69-70
    5.2.5 压缩性能测试  70-72
    5.2.6 摩擦磨损性能测试  72-73
    5.2.7 磨损表面分析  73-74
  5.3 本章小结  74-75
第6章 结论与展望  75-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
攻读硕士期间发表的论文  82

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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