稀土改性聚四氟乙烯的摩擦与磨损研究

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该文研究了微米二氧化硅、纳米二氧化硅、氧化镧、硝酸镧的应用对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的硬度、拉伸强度、热稳定性及干摩擦条件下的摩擦磨损性能的影响.在此基础上,选用了5份纳米二氧化硅分别与5份不同类型的镧系稀土并用,考察了它们对复合材料物理机械性能和摩擦磨损性能的影响.同时,选用胺基丙基三乙氧基硅烷对微米二氧化硅进行表面改性,制备了与未改性填料相同用量的一系列稀土/聚四氟乙烯复合材料,进行对比研究.论文系统研究了PTFE/稀土复合材料的力学性能,当填充粒子用量在一定范围内增大时,四氟乙烯复合材料的硬度迅速增大;超过一定值之后,复合材料的硬度随填料含量增加而提高的幅度趋向减小.在填料良好分散的条件下,粒径越小对硬度提高效果越显著.对PTFE/稀土填充增强体系的研究发现,PTFE复合材料实测的拉伸强度高于Nicholais-Narkis方程预测,通过引入表征粒子/聚合物界面结合参数ω,修正了Nicholais-Narkis方程,利用修正方程,较好的预测了二氧化硅/聚四氟乙烯复合材料的拉伸强度与粒子含量的关系,实验结果与理论计算有较好地吻合.对于不同稀土与纳米二氧化硅并用填充体系,发现氧化钐对PTFE复合材料有较好的增强效果.填充PTFE的DSC测试表明,10份硅烷改性二氧化硅的熔融起始转变温度比纯PTFE降低31℃,氧化铒和氧化钐填充的PTFE熔融起始转变温度分别提高11℃和18℃,而氧化镧和氧化钬对熔融起始转变温度没有影响.PTFE/稀土/纳米二氧化硅复合材料的摩擦系数随填料的加入量而逐渐增加,在稀土/纳米二氧化硅并用填充体系中,对PTFE复合材料的摩擦系数的影响,纳米二氧化硅起主导作用.对PTFE/稀土复合材料的磨损性能研究表明,在5份时纳米二氧化硅粒子达到最佳加入量,而对于表面改性/未改性的微米二氧化硅粒子这个值分别是15份和20份.随着氧化镧含量的增加,复合材料的磨损量逐渐减少,从0份到10份,磨损量下降幅度很大,加入超过10份之后,降幅趋缓,磨损量趋向一个稳定值.加入硝酸镧的试样,磨损量从5份到15份缓慢降低,15份之后磨损量加大,表现出和二氧化硅粒子体系类似的特性.稀土氧化物与纳米二氧化硅体系具有最佳的耐磨性,加入氧化钐的复合材料磨损量最低,仅为9.1毫克.
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