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      改性PTFE复合材料之无机填料

      2009-05-06  

    用于填充PTFE的常用无机填料主要有纤维类如玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF),陶瓷颗粒如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、石墨、二硫化钼(MoS2)、硫化铅(PbS)和硫酸钡(BaSO4)等。
    CF拉伸强度超过3GPa,弹性模量不低于220GPa,CF的加入可明显改善PTFE复合材料物理性能、力学性能和耐摩擦性能。师延龄等人的研究表明,随着CF填充量增加,复合材料拉伸强度、伸长率下降,但硬度、抗压强度增大,摩擦系数略有减小;添加CF并用石墨填充PTFE复合材料的强度、伸长率有同样的趋势。
    孙春峰等人通过冷压成型和烧结固化工艺,制备了不同配方下短切CF和GF增强PTFE的试样,并对其机械性能和微观结构进行了研究。随着CF质量分数的增加,CF增强PTFE的冲击性能有所下降,而拉伸强度和硬度则呈递增趋势;CF与PTFE在焦磷酸型钛酸酯偶联剂作用下能很好地相容,在CF质量分数为30%时,偶联剂的加入s~DI了树脂和CF的界面结合强度,可使材料拉伸强度从25MPa提高到50 MPa以上,同时明显提高了复合材料的冲击性能和耐磨损性能。
    王家序等人的研究表明,石墨和适量硬质填料的协同作用对PTFE的改性效果较理想,既增大了PTFE的表面硬度,又提高了材料耐冲击强度。CF、GF、PbS等刚性填料使PTFE硬度增大,冲击韧性降低;石墨、二硫化钼等软性填料使PTFE硬度降低,冲击韧性提高。PTFE、石墨、GF的质量分数分别为85%、10%和5%的三元复合材料,综合性能较好。
    GF具有很高的强度和刚度及良好的导热性,可改善PTFE复合材料的力学性能;但GF与PTFE基体之间的亲和性较差,增强相与基体材料难于形成有效黏结,而导致界面结合强度较低。使用偶联剂对GF表面进行处理,在一定程度上能够改善GF与基体之间的润湿性。薛玉君等人的研究表明,随着GF的加入,材料的拉伸性能降低。但稀土元素(RE)能够改善GF与PTFE之问的亲和性,有效地提高二者之间的界面结合力,从而提高了复合材料的拉伸性能。在稀土元素质量分数为0.3% 时,材料拉伸性能最好,拉伸强度和断裂伸长率分别提高了30% 和50% 。


    胡福田等人制备了GF布增强PTFE复合材料(GF布浸渍PTFE分散液)。GF布经6032芳香族氨基硅烷偶联剂处理后,PTFE/GF布(质量分数40%)的拉伸强度从32MPa上升至52MPa;在此基础上,改变烧结T艺,将高温烧结改为低温长时间烧结,拉伸性能进一步提高至83 MPa。过高或过低的玻璃布含量都会不利于基体树脂与增强材料之间界面的形成,只有当玻璃布质量分数为40% 时,基体树脂与增强材料之间界面结合性能最好。
    韩崇科等人在反复试验的基础上,从不同种类、粒度的SiO2粉与PTFE的筛选,确定了PTFE与SiO:的最佳质量比为85:15。采用高速混合技术进行混料,解决了常规混料时树脂易结块的实际问题,混出的粉料不仅均匀性好,同时使材料粉体进一步细化,所制备复合材料的拉伸强度与常规干法混合制备的复合材料相比提高近3 0%,可达26.5 M Pa。

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