【编号】2023-42

【题名】碳纤维和氟化钙协同提高PTFE摩擦学性能研究

【作者】王壮，喻萍，刘根等

【机构】青岛理工大学机械与汽车工程学院；中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室

【刊名】摩擦学学报（2023年06期）

【文摘】聚合物复合材料由于其自润滑特性和化学稳定性高等优势，在汽车和装备领域运动机构的摩擦学设计中发挥着越来越重要的作用。本研究系统考察了氟化钙(CaF₂)颗粒的加入对聚四氟乙烯(PTFE)和碳纤维(CF)增强PTFE材料摩擦学性能的影响规律。研究发现，在PTFE中添加CaF₂颗粒可明显改善基体材料的抗磨性能。尤其，与分别填充有CaF₂陶瓷颗粒或CF的PTFE材料相比，同时填充CaF₂和CF的PTFE多元复合材料的耐磨性能分别提高了11.1和2.47倍。CF与CaF₂表现出显著的协同抗磨作用，同时该多元复合材料表现出极低的特征磨损率[8.9×10^-7mm³/(N•m)]和优异的自润滑性能。通过多种表征手段深入分析了金属对偶表面生长转移膜的微观结构以及界面的物理化学反应和产物。结果表明，PTFE发生摩擦化学反应并生成的羧酸基团，随后与CF研磨产生的石墨碳、破碎的CaF₂以及其摩擦化学反应产物碳酸钙(CaCO₃与CaO)在闪温和机械力作用下发生摩擦烧结，促使易剪切、高承载特性转移膜在金属对偶表面生长，大幅降低了PTFE复合材料的磨损.研究结果为设计超低磨损的新型聚合物自润滑复合材料奠定了基础。