PTFE基复合材料转移膜形貌评价分析及摩擦起电的影响

发布时间：2020-11-17 09:08

　　本文选用石墨和二硫化钼为填料制备了PTFE(聚四氟乙烯)为基体的复合材料,主要研究了PTFE基复合材料与304不锈钢对摩时在钢盘表面上形成的转移膜,探讨了转移膜的形成过程及形貌表征,同时研究了摩擦起电的相关规律。我们研究了在不同工况条件下的PTFE基复合材料形成的转移膜,将其形貌参数与复合材料的摩擦学特性进行关联,提出量化转移膜的方法,分析聚合物复合材料转移膜的减摩耐磨机理。考察了不同工况以及填料含量对摩擦起电的影响,同时也分析了复合材料摩擦起电性能与摩擦学性能的相关性。在本论文的试验范围内,主要得到以下结论:1.摩擦条件对转移膜的影响摩擦时间的影响:PTFE基复合材料摩擦磨损过程中,在对偶面上形成的转移膜覆盖率在15s到45s内有一个短暂的减少过程,而后在1min到35min转移膜覆盖率又逐渐增加。在20min左右达到较为稳定状态,之后覆盖率变化不大,最终维持在88%左右。当摩擦开始瞬间聚合物发生剧烈磨损,在极短时间(15s)内在钢盘表面形成较厚的转移膜,之后转移膜厚度随着时间逐渐减小,最终达到相对稳定阶段,并且在小范围内上下波动。载荷和速度的影响:随着载荷的增加,转移膜的覆盖率整体上呈现增加的趋势,不同载荷下转移膜的厚度相差不大,载荷对厚度的影响不明显。随着速度的增加,转移膜的覆盖率整体上呈现先减小后增加的趋势,在速度为0.4m/s时转移膜的覆盖率最低,只有84.85%。速度对转移膜的厚度影响非常明显,随着速度的增加,转移膜的厚度也随之增加,并且线性相关性很强。石墨和二硫化钼对转移膜形貌参数的影响类似,它们含量的增加都有利于增加转移膜的覆盖率,并且随着含量的增加,转移膜的厚度会逐渐减小。2.摩擦条件对摩擦系数和磨损量的影响随着载荷的增加,摩擦系数逐渐减小,磨损率逐渐增大。随着速度的增加,摩擦系数整体上随着时间逐渐减小,磨损率逐渐增加,当速度小于0.4m/s时,磨损率增加较慢,但是当速度大于0.4m/s时,聚合物的磨损率急剧增加。石墨和二硫化钼含量的增加都会降低复合材料的磨损率,且二硫化钼降低的作用更明显。复合材料摩擦系数随石墨含量的增加呈现减小的趋势,但是二硫化钼含量的增加使得摩擦系数出现稍稍的增加。3.摩擦起电对转移膜以及摩擦学性能的影响转移膜覆盖率随着摩擦起电电压的增加而逐渐增大,转移膜厚度随着摩擦起电电压的增加呈现先减小后增加的趋势。复合材料摩擦系数随着起电电压的增加而减小,且电压越大摩擦系数降低的越快。磨损率随起电电压的增加而增加。4.转移膜参数与摩擦系数和磨损率的关系摩擦系数随转移膜覆盖率增加缓慢降低。磨损率与转移膜覆盖率具有很好的相关性,当覆盖率增加时磨损率逐渐降低。摩擦系数随转移膜厚度增加而降低。磨损率随转移膜厚度的减小而降低,当转移膜厚度较大时磨损率变化较快。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O313.5;TB33
【部分图文】：

结构图,链状分子,结构图

第二章试样制备与试验方案2.1 试样的制备2.1.1 试样的原材料及其性质1. 试样的原材料试样的基体材料为聚四氟乙烯（PTFE）；填料一为石墨（Gr）；填料二为二硫化钼（MoS2）。2. 原材料的性质（1）聚四氟乙烯（PTFE）聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，PTFE）是一种白色有蜡状感的高分子材料，常温下呈白色粉末状，平均粒径为 30μm。PTFE 在扫描电镜下的照片如图 2.1所示，从照片中可以看出 PTFE 易团聚。该聚合物具有吸水性，应将其放在干燥处保存并隔绝空气。这种高分子化合物是由四氟乙烯聚合而成，其结构简式为-[-CF2-CF2-]n-，分子结构简图和 EDS 谱分别如图 2.2 和图 2.3 所示。

SEM图,石墨,碳原子,共价分子

中最小的表面张力所以粘附性不强；耐低温机械韧性；无毒害，具有生理惰性，植入人异的电气性能；高润滑，具有塑料中最小的有非常低的摩擦系数，但是由于其分子间的物强，难弯曲，大分子间的缠结难发生，所以性能较差，并且在受载时容易发生蠕变现象些填料使得复合材料具有较高强度和较好的耐Gr）ite，Gr），分子式：C，分子量：12.01，是元与周边另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式共价分子。由于每个碳原子均会放出一个可石墨是一种比较软的矿物，它的用途包括制片如图 2.4 所示，从图中可以看出石墨的层状5g/cm3，熔点为 3652℃，电阻率为（8-13）×

谱图,二硫化钼,滑移,原子

（a）石墨的 EDS 谱图图 2.5 石墨的Fig 2.5 EDS analy（3）二硫化钼（MoS2）二硫化钼（molybdenum disulfide，体粉末，平均粒径为 7μm，密度为 4.80电镜照片。二硫化钼为六方晶系的层状每个钼原子被六个硫原子包围，只有硫较强，硫与硫原子结合较弱，故硫与硫易发生滑移，这些滑移面粘附在对偶表钼层状结构间的滑移，从而降低了摩擦所示。
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