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聚苯硫醚耐磨改性研究
聚苯硫醚(PPS) 为特种工程塑料,具有优良的耐热性能、耐化学腐蚀性能、电气性能、阻燃性能和粘合性能等,广泛应用于纺织、汽车、家用电器、电子电器、机械仪表、石油化工、国防军工、航空航天等领域。
耐磨改性是日本油墨 DIC FZ-8600 PPS 的重要改性方法,耐磨改性后的PPS 作为一种高效的耐磨材料,具有承载能力强,使用温度高,对粉尘、腐蚀气体及辐射等恶劣环境适应性强,耐磨寿命长等特点,可解决某些设备在极为恶劣的工况下运行时,由于材料摩擦磨损严重导致轴承等零件损坏,从而使设备停运的问题。碳纤维(CF) 增强PPS 具有优良的耐磨性能,但其高昂的成本和较高的导电性,限制了其使用范围。玻璃纤维(GF) 增强日本油墨 DIC FZ-8600 PPS虽然成本低,电绝缘性能好,但其耐磨性能较差。为了解决以上不足,在比较这两种纤维增强PPS 不同摩擦载荷下摩擦磨损性能的基础上,采用聚四氟乙烯(PTFE) 和纳米二氧化硅(SiO2) 对GF 增强PPS 进行复合耐磨改性,以较低成本获得了优于CF 改性PPS 的摩擦磨损性能,同时保持了PPS 优良的电绝缘性能,拓展了耐磨PPS的应用范围。
不同摩擦载荷下GF 与CF 增强PPS 的摩擦磨损性能
CF 增强PPS 的摩擦系数和磨损率随摩擦载荷的增加而略有增加,变化均不大;GF 增强日本油墨 DIC FZ-8600 PPS的摩擦系数和磨损率较CF增强PPS 变化明显,均随摩擦载荷的增加而增大,其中磨损率增大趋势更为明显。另外,CF 增强PPS的摩擦系数和磨损率均较GF 增强PPS 的低,其耐磨性能明显优于 GF 增强PPS。
由于其具有良好的导热性,可以把摩擦过程产生的热量迅速传递出去,从而减少摩擦热对材料的破坏;且由于CF 的石墨微晶结构,日本油墨 DIC FZ-8600 PPS 使其在材料摩擦过程中与对磨面接触时可以润滑对磨面;此外,相对于GF,CF 对PPS 模量和硬度的提高更为明显。这些因素都对日本油墨 DIC FZ-8600 PPS 材料摩擦磨损性能的提高具有积极的影响。
PTFE 对GF 增强PPS 摩擦磨损性能的影响
虽然CF 增强PPS 相对于GF 增强日本油墨 DIC FZ-8600 PPS 具有良好的减摩耐磨性能,但存在成本高、电绝缘性能低等问题,影响其在某些领域的使用。因此可考虑在GF 增强PPS 中添加耐磨助剂来提高其耐磨性能。采用滑动磨损试验,固定摩擦载荷2.0 MPa,滑动速度0.42 m/s,研究了PTFE 含量对质量分数为40%的GF 增强PPS 摩擦磨损性能的影响,如图3 所示。从图3 可以看出,随着PTFE 含量的增加,GF 增强PPS 的摩擦系数和磨损率均呈现下降趋势。这是因为PTFE 的加入在对磨面上形成一层稳定而连续的转移膜,改变了磨损方式,减少了继续恶性磨损的可能性
PTFE 和纳米SiO2 复配对GF 增强PPS 摩擦磨损性能的影响
纳米粒子由于具有一系列优良的性能,在耐磨改性方面也引起广泛的关注。采用纳米SiO2 与PTFE 复配的方法,固定两者填充的总质量分数为20%,同时固定摩擦载荷2.0 MPa,滑动速度0.42 m/s,研究了不同纳米SiO2 含量下质量分数为40%的GF 增强PPS 的摩擦磨损性能,结果如图4 所示。从图4 可以看出,在纳米SiO2 含量较低时,PTFE与纳米SiO2 对GF 增强PPS 的耐磨改性具有协同作用,随着纳米SiO2 含量的增加,材料的摩擦系数和磨损率逐渐降低。当纳米SiO2 质量分数为10%(此时PTFE 质量分数也为10%) 时,GF 增强PPS 具有最低的摩擦磨损性能,其摩擦系数为0.16,磨损率为6.3×10–6 mm3/(N · m),均低于于相同质量分数的CF 增强PPS 此时其摩擦系数为0.23,磨损率为6.5×10–6 mm3/(N · m)]。日本油墨 DIC FZ-8600 PPS 随着纳米SiO2 含量的进一步增加,其在PPS 树脂中很容易发生团聚,减摩耐磨改性效果反而降低。
在相同转数下,PTFE与纳米SiO2 复合耐磨改性GF 增强PPS 具有更低的磨损质量和磨损体积,且随着转数的增加,其耐磨损性能相对更加优良。磨损体积的大幅降低可以显著提高GF增强PPS 作为结构耐磨件时的使用寿命,从而保证相关设备的长期稳定使用。
结论
(1) 质量分数为40% 的CF 增强PPS 的摩擦磨损性能优于相同质量分数的GF 增强PPS。
(2) PTFE 可以明显降低GF 增强PPS 的摩擦系数和磨损率,通过与纳米SiO2 复配,能够进一步改善PPS 的摩擦磨损性能,当两者的质量分数均为10%时,其改性的GF增强PPS 的摩擦系数、磨损率,以及滚动摩擦时的磨损质量和磨损体积低于CF 增强PPS。
(3) 利用PTFE 和纳米SiO2 复合改性GF 增强PPS,能够在改善耐磨性能的同时,保持PPS 优良的电绝缘性能。(4) 相对于CF 耐磨改性,采用PTFE 和纳米SiO2 复合改性GF 增强PPS,能够在降低成本的情况下达到减摩耐磨改性目标。
- 询价产品:DIC FZ-8600 日本油墨 DIC FZ-8600 PPS
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