POB改性Nano–SiO₂/PTFE复合材料的摩擦转移特性研究

摘要

为了研究填充聚苯酯（POB）对Nano–SiO₂改性聚四氟乙烯（PTFE）复合材料转移膜演化及摩擦性能的影响，采用冷压成型、热烧结的工艺方法制备Nano–SiO₂/POB–PTFE和Nano–SiO₂/PTFE两种复合材料；采用间歇称重法和原位观察法，在LSR–2M型往复摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验；利用AXIO Imager.A2m光学显微镜、QUANTA FEG 450热场发射扫描电镜和MicroXAM–800非接触式3维表面轮廓仪分别表征转移膜的表面形貌、微观结构和3维形貌，从微观角度分析摩擦转移机理。试验结果表明，Nano–SiO₂/PTFE复合材料的转移膜在对偶表面上形貌变化较快，不断重复“生成–脱落”过程，并伴随严重磨损，且没有形成较完整的转移膜。此外，生成的转移膜分层明显，且脱落痕迹显著，并有大量米粒状的磨屑附在对偶面上，导致反光性较差。而用POB填充Nano–SiO₂/PTFE复合材料不仅增强了转移膜在对偶表面上的黏附力，还促进了均匀、连续转移膜的更好形成，对偶表面反光性好；并且，Nano–SiO₂/POB–PTFE复合材料的磨损率较Nano–SiO₂/PTFE复合材料降低了两个数量级。POB有强黏附性，而Nano–SiO₂在摩擦过程中易嵌入对偶面形成机械互锁，故这两种填料共同改性PTFE可形成协同减磨效应，从而有效促进复合材料转移膜的均匀生成及稳固黏附，并大幅降低磨损率。本文的研究结论对斯特林发动机活塞环干摩擦密封材料的研制有良好的指导意义，有利于碟式太阳能热发电系统高性能密封件的研发。

关键词

聚苯酯 / Nano–SiO₂ / 聚四氟乙烯 / 摩擦转移 / 转移膜