1、PTFE 复 合 材 料 填 料 与 性 能文献类型：pdf 和 txt 出版时间：1996作者：任杰1 黄岳元2 关键词：聚四氟乙烯 复合材料 填料期刊名称：有机氟工业.1996(1).-14-21 全文长度：11336 个字文献来源：http:/ 第六图书馆 机构：1西安石油学院 2西北大学查看次数：121 分类号：TQ325.407 TQ050.45全文： PTFE 复合材料填料与性能第六图书馆聚四氟乙烯复合材料填料有机氟工业任杰黄岳元1西安石油学院 2西北大学 1996 第六图书馆 二 有机氟工业 年 特种含氟药品的合成无疑是一条捷径， 另外值得提上一笔的是，具有一定 。的氧化性，导致
2、一些出乎意料的副产物的生 会参考文献 ， ）（ 成，者在使用对某些复杂结构的芳烃 笔。底物进行氟化时就曾深受其困扰，而， 然等恰恰利用了。的这种氧化性现了一 发种新的氧化氟化法： ）， ， ） （ ， ： （） 吐 莰 （ 、前言 聚四氟乙烯）有“料王 ”称，（虽塑之有优良的润滑性能，有耐高低温和出色的化学稳具 轰甜寺 （北大学）西 ，辑 、。 复合材料填料与性能 、查 一 （安石油学院）西 。堑 垂、 性、吸附性、化性、点等方面与常规材料相比 催熔显示出许多特异性能，在应用价值极大 可以 潜设想，把粒径 的金属超细粉体 若， 定性等优点，仍存在冷流变形大磨性能差但耐等缺点 只有改性，过材料复
3、合的方法，满足通来工业部门某些领域对复合材料的特异性能要求。如果配方和制造方法正确，复合 这是单用、属、机物和有机物所不能金无得到的，是其他复合材料所不能替代的，工也在程应用中占有重要地位。 用作填料，会使复合材料的生产工艺 将及综合性能大为改善和提高。 铜粉 铜是富有韧性的金属，性好，有良好的 塑具性好，良好的耐蚀性，大气、水、水中有 有在海淡很好的耐蚀性。中填充铜粉可改善其机械 性能和提高耐磨性，高抗蠕变性、压强度、提抗硬 材料可以具有许多优良的综合性能和多种用途，延展性，易加工，良好的机械性能， 容有导热导电 目前市场上，复合时填料品种很多，度及尺寸稳定性 已被研究过的填料有余种，能满足
4、使用要 但在铜粉中填充石墨和或填充 求的只不过余种致可归纳为金属填料、大无和可以制成以铜为基体的铜基自润滑复 机物填料及有机物填料三大类 现予以介绍。 金属填料及性能 金属填料包括铜粉及其合金、粉、粉、铅铝锑粉、粉、粉、粉、粉、粉、粉等。可采 钼镍锡铁钨银也用金属纤维、金属纤维等。这需要不同的填充镀 舍材料。铜粉含量达 时限极值高于其 他一般材料 铝粉 铝和铜一样本身有极好韧性，高的可塑 有性，热导电性好，密度，蚀性好，大气、导低抗在水 方法。其中铜、铝铅等属于常用的金属填料，青铜粉的使用为最多。属填充不适用于电气和化金而近年来，细粉体高科技的发展为金属超细粉 超体开拓了前途无量的应用领域。超
5、细粉体在磁 和一部分腐蚀介质中的耐蚀性高。中填充 铝粉可提高机械性能，提高耐磨性。并 铅相对密度大，可塑性高，度硬度小，膨 强线胀系数大，热性低，导电阻率高。有很好的润滑 铅 学领域。所用金属粉末的粒径多在以上 铅粉 http:/ 第六图书馆 第期 有机氟工业 能力，高的耐蚀性能，抵抗空气氧化和酸类 （）模量碳纤维转移膜的抗磨性和膜预 有能高随着膜预制时间的增长抗磨性下 腐蚀。对硫酸有极好的耐蚀性，当硫酸的浓度高 制时问的关系。这达 、度升至时，温铅仍有极好的 降，是随着预制时问的延长膜和基材的粘结力 向限耐蚀性。磷酸、对亚硫酸、酸、数有机酸、铬多中性 减弱有关。中加入 的铅，制了曲 溶液、气
6、、大淡水、海水和蒸馏水等均有良好的耐 线的下降（线，是铅促进了层状固体在向 曲）这蚀性。但不耐硝酸腐蚀，盐酸中也不稳定。在 实践证明，其对于，能提高其耐 尤铅磨性，善尺寸稳定性。利用复合材料制 改造减摩耐磨自润滑零件时，充适量铅是很有必 填要的 当摩擦表面闪光温度超过时， 硬一些的金属一方转移时的牯着作用。 龆 隶 始 龄 摩一 黼 吸收量（容积）； ；一 与铅之问发生一种放热的化学反应，使 与对磨金属表面形成化学键膜，固地吸附在对 牢磨件的表面。 铅是一种很好的固体润滑剂，随含铅量的增 加，料的干摩擦性能得到更大改善（，材图 摩擦过程中无烧结现象。 向中加入铅，当复合材料用作减摩 耐磨零件时
7、，利于对金属表面形成转移膜，有并 能长期维持，移膜的存在有利于减摩和提高耐 转磨性。图曲线为复合材料 中 圈和铅畈收与摩擦温度关系 一 ； ； 厘 营 蝼 罄 地 球 膜形成的时间（） （ ）（） 圈钢环转移膜上滑动的低碳钢试柱的磨损 （）试验方案 （）移膜持续时间对合成物排除以前膜形成的时间 转 高模量碳纤维； 高模量碳纤维一 青铜粉 青铜有高的诫 性和良好的可切削性，热 导 加，在大气和淡水中具有良好的耐蚀性。 在锡青铜中，主要成分有锌、和锡，且 其铅而 这性好，使可复合材料的刚性和值增 除铜外，三种成分的含量都较高。如锡青铜 http:/ 第六图书馆 有机氟工业 年 等，中锡的含量 滑动
8、而表现出低摩擦。、其 、的含量、的含量分别是和 锌 铅 化学上非常稳定。几乎不受所有有机溶 。合材料在烧结过程中，与锡形成一定量 剂、蚀性化学药品的浸蚀，具有不受很多熔 复铜腐还 的固溶体，有强度高、具耐磨性好、擦系数稳 融金属或熔融玻璃浸润的特点，混合 摩与若定的优点 铅和锌又是减摩性能良好的金属固 时不失掉特性 但是它的原子较小，受热则向 而 体润滑剂。另外，促使的降解产物与铜 金属中扩散，成金属碳化物 铜形产生化学反应，成在摩擦过程中，擦表 生 摩 无毒价廉。它是非常稳定的物质，妨害 不 与氮相比价格便宜 面上形成定向层又可与复合材料本体青 健康。二硫化钼、化硼、因铜生成化学键，和青铜对
9、对偶材料上形成转移 ，而便于工业上应用 铅 膜起着很大的作用，而使填充青铜粉的从 复合材料耐磨性大大提高 耐高温。适于高温润滑，作耐火材料和 可脱模剂 在常温下它是比较脆而弱的材料，可是 中青铜粉的加入量与磨损量的关系 比起金属来，温强度并不降低。常压下不熔 高 见图青铜的相对密度大，以质量法（）（以上升华）不烧结 口 若 ，表示，加入量 （）最好；量按 则为含 热和电的良导体。可以与金属相比的优 是倍 体积法（表示，加入量 （为好 应 良热导体，）则）电阻比金属大 热传导度比钢材好 予说明的是纯磨耗系数为 。 热膨胀系数非常小，为钢的 约。质量约为钢的 三 石墨有极性石墨、油性石墨和球石墨之
10、 亲分 中填充极性石墨和球石墨的效果较 轻 耀 逝 好，能明显地改善其耐化学药品性和压缩蠕变 既性，以及尺寸稳定性，可以提高极限值、 又减 摩耐磨性、气密性和导热性。充量一般为 填 （） 填充葺（） 二硫化钼（） 圈青铜填充量与磨员量关系 二硫化钼在许多方面与石墨相似，具有层 它状结构，手指轻摸即沾有黑色。它是近年来在 用 无机物填料及性能 无机物填料包括石墨、化石墨；、氟镉锫钻 工业上得到广泛应用的新型润滑剂材料 硫化 二等金属氧化物；、等金属硫化物；石粉、钼是从辉钼矿中精选，经化学和机械处理而制 铁钼钨滑 并玻璃粉、棉粉、英粉、瓷粉、母粉、化 得的一种呈黑灰色的固体粉末。其优点：石石陶云氮
11、 硼、氧化硅、酸钠、瓷纤维、纤维（） 二硅陶碳、等用得较多 石墨 具有低的摩擦系数和良好的润滑性能 摩 所决定的。于层间结合力很弱，受外力时，由当很 玻璃纤维（）等 其中石墨、硫化钼、化硅、擦系数 良好的润滑作用是由其层状结构 二氮 容易沿分子层断裂而产生滑动面，多的滑动 众 石墨有时也称“铅” ，碳的同位素体，黑为黑 面，使原来相对滑动的两表面的直接摩擦转化 就色，般有光泽，常柔软，富有润滑性的层状 为二硫化钼自身的分子层间相对滑动，而降低 一非是从结构矿物。有如下优点： 摩擦系数，减少磨损。外，硫化钼的对磨面若 此二具有良好的自润滑性。因其结构为层状结 是钢铁，它的原子也可在钢铁表面形成一
12、层硫 则 构间弱的结合力使之容易剪切，原子问的 化铁以化学键结合，非常牢固地吸附在摩擦表 层因能 http:/ 第六图书馆 第期 有机氟工业 因面，因而增强了润滑膜强度 同时对摩擦表面起 制件易出现裂缝；此要求在的烧结温度 下，空气介质中烧结，在的烧结温度 在或到了保护作用，免外界腐蚀介质侵蚀。避 在具有良好的热稳定性。点高于 。下，氮气介质中烧结 熔 它在大气中 。的温度范围内，保 氮化硼 。均持良好的润滑性能 一 般作为工业使用的氮化硼属六方品系结 具有好的化学稳定性。它的抗腐蚀性很 晶结构，白色或淡黄白色粉末，构与石墨相 为结故自之强，除硝酸、水、腾盐酸、硫酸外，般的酸 似，又有“石墨
13、”称。在物性上也有很多地 王沸浓一但因对其不起作用。冷水和沸水中均不溶解 在油 方与石墨类似，与石墨又有不同，为没有金 在酸、精、酒乙醚中均能保持高的化学稳定性。 抗压性能强。它呈层状结构，原子与钼 硫属结合性。有如下优点； 良好的耐热性，稳定性好 熔点为 热 热热 原子结合牢固，它的抗压性能较其他润滑材料 ，导率与不锈钢相当，膨胀系数小。故良好的绝缘性能，理想的高温绝缘材料 是为好。 到 抗辐射性能强。线的辐射不会破坏其润 和散热材料，仍然是绝缘体。射有自润滑性，比石墨和二硫化钼具有更高 滑性能。 在中添加二硫化钼能明显改善摩擦磨 的耐温性和抗负荷性，以上不能使用石 墨和二硫化钼，氮化硼仍能
14、呈现出良好的自润 但损性能，善尺寸稳定性，加其表面硬度，止 改增防是磨损。在烧结钢金属复合材料滑性，很好的固体润滑剂和耐磨材料 时，渗透乳液中添加二硫化钼，二硫 在当有良好的化学稳定性， 能抵抗大部分熔融 碱酸 化钼的含量在（） 的范围内，擦系数和磨 金属、和有机溶剂侵蚀。摩机械加工性好，以制造形状复杂和尺寸 可痕宽都随二硫化钼的含量增加而下降（ 圈） 精度较高的零部件。 中填充氮化硼除保持较低的摩擦系 数改善润滑性能外，具有提高热传导率、高 还提耐热性等效果。中填充 （） 氮化硼可以制作轴承和其他滑动件。 碳纤维（）。 髓 韫 曲 天然纤维（如棉等）人造纤维（聚丙烯腈 和如等）惰性气体的气氛
15、中，高温碳化， 在经在 口成的为碳纤维，烧在 烧成的为石墨纤维。纤维的碳含量为 ，碳而 石墨纤维的碳含量为 。两者的结构式为： 一 古量（） 一 一 圈添加剂的对摩擦磨损性能的影响 试验条件为： 碳纤维的直径约碳纤维具有 ， 但应注意的是用二硫化钼填充，于 碳素材料所具有的各种优良性能，有如下特 由它二硫化钮与氧在下烧结会引起烧结反应，点： http:/ 第六图书馆 有机氟工业 年 抗拉强度、性模量高，为其相对密度 境适应性好。在惰性环境中是唯一的强 弹因 为钢的左右）故其比模量、（，比强度很高，度无明显下降的材料，一 在 性能稳定不 下其比强度为而钢为，璃纤维为 脆化。 ，玻 耐腐蚀性好，强
16、氧化酸外，除都不受影响。 它具有润滑性，摩擦系数低，耐磨性能好 缺点是吸湿性强，氧化、格高。易价 抗蠕变、疲劳，寸稳定。中填充 耐尺碳纤维，提高抗蠕变性和极限值 可 导电导热性好，于金属和非金属之间。介 各种碳纤维与其他纤维材料性能比较 如 。耐高低温、膨胀系数小，热而且为负值，环 表 表碳纤维与其他材料性能比较 项目 拉伸强度（ ）模量（ ）电阻率（） 含碳量（） 耐焰碳纤维 低性能碳 高性能碳纤 丙烯腈系 纤维沥青 维丙烯腈系 （ 石棉 钢丝 玻璃纤维玻璃纤维 。 一 。 热传导率（ ，） 。 。 相对密度 比强度 ， 。 比模量 。 。 ， 。 用于填充的碳纤维必须进行表面脱 脂、面化学
17、处理等，表以提高其与的粘结 强度。中加入碳纤维使许多性能得到改 善 它的耐热性、蠕变性大幅度提高，而且 ，耐比玻璃纤维增强有较大改善（。随着碳纤维 图）辗 含量的增加，的拉伸强度、它冲击强度逐渐减少 （。缩强度、曲强度逐渐增加（。图）压弯图）线 膨胀系数随碳纤维含量的增加而变小，变形温 热度随碳纤维含量的增加而变大（ 图）强度（ 宙填充的压缩坷变特性 趟 船 釜 圈 碳纤维量对压缩强度及弯曲强度的影响 http:/ 第六图书馆 第期 有机氟工业 则变化加剧。玻璃纤维含量达到 ： 、 童 时，品内部的韧性急剧下降 制 蓦 趟 赠 譬 害 肃 懈 崔 蛰 爨 制 襄 寰 碳纤维台蘑（） 田碳纤罐量
18、对绒睁胀襄数及热变形温度的影响 玻璃纤维量（ ） 碳纤维有高强度的高模量级和低模量级两 种，用后者（径，均长度为 使直，平）充的复合材料具有优良的耐磨 填性能，其在下的耐蠕变性能大幅度改 尤善，水中的磨损比玻璃纤维填充的小。在 玻璃纤维（） 玻璃纤维是非晶态的无机物纤维，径一般 直为它有如下特点： 周玻璃纤堆量对拉伸强度及伸长率的影响 餐 籍 瞥 玻璃纤维最（ ） 圈玻璃纤维量对摩擦系数的影响 （ 具有不燃性，耐热性高，膨胀系数小 线 除氢氟酸和浓硫酸外，耐各种介质的腐 能蚀。 量 抗拉强度好，强度高，寸稳定性好。尺 电性能优良，有较小的介电损耗角正切 具值和低的介电常数。 原料易得、格低廉
19、价缺点是不耐磨，性大，受机械损伤，置 脆易放捶 耀 也 玻璃纤维营（ ） 玻璃纤维量对磨耗量的影响 一 时间长时强度稍有下降 用于填充的玻璃纤维最好要经表面 般地说，人适量的玻璃纤维后，的磨 加它脱脂、面化学处理，样可以提高玻璃纤维与 损寿命可增加表这倍。含 玻 直，均长度 平聚合物的粘结强度 中加入玻璃纤维，机 璃超短纤维（径）复合材料的耐磨性比纯 械物理性能大幅度改善 随着玻璃纤维含量的增 的加，拉伸强度及伸长率逐渐下降。当玻璃纤维 高约倍，用极限值可增加其使倍；摩 的含量超过 时，拉仲强度出现较大下降 擦系数有所增大；其负荷变形量约减少 ；蠕 耐（。擦系数随玻璃纤维含量的增加而增大 变性
20、约增加倍；度约增加 。图） 硬 （）磨耗量髓玻璃纤维含量的增加而下降，有机物填料及性能 图 到 时急剧下降。若玻璃纤维含量进一步增 有机物填料包括聚酰亚胺（】、）聚对羟基苯 加，则磨耗量几乎不再变化）其压缩变形 甲酸酯（、苯硫醚（、聚芳砜 图 ）聚） 量随着玻璃纤维含量的增加而缓慢地变小，过 （、苯（等。这些有机物填 超）聚） http:/第六图书馆 有机氟工业 年 料常与氟树脂共馄用来制作氟树脂聚台物台金。聚苯硫醚（） 聚酰亚胺（） 聚苯硫醚的分式为子 一。 为白色粉末，有高的热稳定性，的空 具在 长主链上含有酰亚胺基团（一）的 气或氯气中保持稳定，期使用温度可达 具有优良的阻燃性 为不燃性
21、树脂， 聚台物通称为聚酰亚胺。主要分为芳香族和脂肪 ；有族两大类，而脂肪族聚酰亚胺实用性差，用为 耐燃性优于一般工程塑料良好的耐化学药品 常耐碱芳酮醇芳香族聚酰亚胺。芳香族聚酰亚胺一般以四元 眭，无机酸、香及脂肪烃、及氧化烃 有耐 羧酸二酐与二元伯胺缩聚而制得。分子通式为 等；优良的电绝缘性、老化性。刚性好，其 有良好的耐蠕变性和尺寸稳定性，较高的硬 有度，耐磨性好，外与金属粘结性也很好 点是 另缺韧、眭差冲击强度低，加工和使用带来不便。给 与复合材料的耐磨性远比 ， ，、一、 好，提高抗压能力，可加八量超过 以后提高耐磨性没有明显作用，摩擦 对而 通常及为芳基 是为不透明固体，褐色，以在下
22、系数几乎与相同，一种良好的减摩抗 深可 连续工作，时间温升可容许达，使在 磨材料。中添加为 （）短即 下长时间工作，能保持室温下所具有强 时， 还可使的耐磨性提高两个数量级。 度的 。这种耐高温聚台物，仅耐热 聚芳砜（ 不）性好，具有优良的综台性能。其耐热耐辐射性 还能是目前工业生产的高分子材料中最好的。温 高下具有突出的介电性、学性能、辐射性能、力耐耐 磨性能，品尺寸稳定性好，有机溶剂并且低 制耐温性能优良 但价格比其他工程塑料高。聚芳砜的分子式为： 一 一。 士 为透明琥珀色固体。其特点是具有高的耐 热性，制品在放置在空气中，度 其 强不受影响；绝缘性能优异，老化性好，醴碱 电耐耐和许多溶
23、剂 中加入粉末及石墨等耐磨减摩 填料后，作为高温负荷耐磨材料。可 聚苯（） 聚苯的分子式为： 填充的复台材料具有优良的摩擦 磨损性能、的值，有油润滑可大大提高 高菪值。如 的可熔性、 的 炭黑可制成无油润滑材料。 聚对羟基苯甲酸（） 有优良的自捐滑性、具耐磨性、绝 电缘性、学稳定性和耐溶剂性。在大气中化 （ 七 ， 下依然有良好的热稳定性、高的热导率。其热导 其相对分子质量相对密度率为的倍。膨胀系数小，线吸水性低，尺 。聚苯分子结构是每两个苯环中间由一个单 寸稳定性优良，在宽广的温度范围内有很高的刚 键联结这样的分子结构刚性大，高温 在性，曲弹性模量高，弯有极高的耐压蠕变性等。价 时才开始分解
24、，熔点 耐化学腐蚀，溶剂性 无抗格远较便宜。 好，且自润滑性好 而 通常作为的改性剂，善 改 填充聚苯有如下优点：仲强度、拉硬 的耐压蠕变性和耐磨性，其成为优良的 度、磨性、热性都好，件光洁度高，料密 使耐耐制材滑动材料。的填充量在 宽的 度大，地硬而细密，于切削加工。时润滑性 质便同范围内，台材料的摩擦系数都很稳定 复能好 聚苯的表观密度与颗粒形状和接 http:/ 第六图书馆 第期 有机氟工业 近，工时容易混合均匀，结时不易开裂，品 北京粉末冶金研究院减摩材料组，滑与密封，加烧制 质量好，品少 废填充聚苯混台方法有干法和湿法两 林子光、文治等译，黄八十年代摩擦学，京空工 北航业出版社， ，
25、 陈鹤鸣，塑料科技， 金卓仁，固体润滑，（，：） 吴光华，润滑与密封， ， 种。干法是聚苯和细料混合，经模压、再 烧结；法是聚苯和分散液混合、燥、湿干 模压、结而成填充聚苯的复合材料制 烧 一 敲蔫客稚 蜊 式 ，耵 营山 弋、筲咬嘶丰 麟置 手 吴县横塘化工厂是一个拥有只电 年只 解槽的专业生产 的工厂，只电解槽平均年 每产 仅在吨，电解槽的工艺规程规定运行电流为即使常 ，处于最低电流状态下操作，只电解槽每 每产出氟气与氢气量为；， 每只电解槽每小时的氢气产量 、： 丽 而而 ” 只 ：。 。 而 中的元素氟所占百分比为 ，按 ，只电解槽年产 也应该为：每量 。 年 只 可是，际运行历年统计
26、平均每只电解槽只 实 能产出 ，而可以算出每只 年只从电解槽每年实际损耗 量高达 年只，损耗率占应得 值的 其 一 。只 ，样惊人的损耗，了生产过程的脱水、 这除净 溶解于水以及冷冻提 氟化氢的分子量为氢原子量为氟 化系统及贮存系统的泄漏、，绝之原子量为故而氢组分所占之百分比为 纯时排放等之外，大部分之 损耗是存在于 ， ： 氟硫反应过程之“消化不良” 。症 当今所见的 生产企业，氟硫反应器，其 均采用卧式氟硫反应器，结构十分简单，是 虽但 一。：） （ ） 一 取 一 它极不符合化学反应的原理，属设计不合理之 实每只电解槽每小时氟气产量首先求出 举。卧式氟硫反应器的结构图（所示 ，图）每只电解槽每小时氟化氢消耗量： 这种氟硫反应器客观存在的缺点： 山 一 百一只 。 没有任何计算依据。 元素氟与硫磺蒸气之反应比无法进行控 制。 每只电饵槽每小时之氟气产量 ；一 一 元素氟与元素硫分子间没有激烈碰撞的 机会，法产生强烈的化学反应效果。无 只 由此可知，只电解槽即使在最低电流状态 每下运行，年也可生产出氟气量每 从反应器结构可见，有部分元素氟，未 在 http:/ 第六图书馆
