【編號】2023-42

【題名】碳纖維和氟化鈣協(xié)同提高PTFE摩擦學性能研究

【作者】王壯，喻萍，劉根等

【機構】青島理工大學機械與汽車工程學院；中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室

【刊名】摩擦學學報（2023年06期）

【文摘】聚合物復合材料由于其自潤滑特性和化學穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，在汽車和裝備領域運動機構的摩擦學設計中發(fā)揮著越來越重要的作用。本研究系統(tǒng)考察了氟化鈣(CaF₂)顆粒的加入對聚四氟乙烯(PTFE)和碳纖維(CF)增強PTFE材料摩擦學性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在PTFE中添加CaF₂顆粒可明顯改善基體材料的抗磨性能。尤其，與分別填充有CaF₂陶瓷顆?；?/span>CF的PTFE材料相比，同時填充CaF₂和CF的PTFE多元復合材料的耐磨性能分別提高了11.1和2.47倍。CF與CaF₂表現(xiàn)出顯著的協(xié)同抗磨作用，同時該多元復合材料表現(xiàn)出極低的特征磨損率[8.9×10^-7mm³/(N?m)]和優(yōu)異的自潤滑性能。通過多種表征手段深入分析了金屬對偶表面生長轉(zhuǎn)移膜的微觀結構以及界面的物理化學反應和產(chǎn)物。結果表明，PTFE發(fā)生摩擦化學反應并生成的羧酸基團，隨后與CF研磨產(chǎn)生的石墨碳、破碎的CaF₂以及其摩擦化學反應產(chǎn)物碳酸鈣(CaCO₃與CaO)在閃溫和機械力作用下發(fā)生摩擦燒結，促使易剪切、高承載特性轉(zhuǎn)移膜在金屬對偶表面生長，大幅降低了PTFE復合材料的磨損.研究結果為設計超低磨損的新型聚合物自潤滑復合材料奠定了基礎。