【摘 要】
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聚四氟乙烯(PTFE)是密封领域中应用最为广泛的一种密封有机材料,但其磨损性的缺陷一直严重制约其发展。因此,国内外研究学者们都在找寻可以满足各行业应用的填料,从而改善PTFE材料本身耐磨性能差等缺陷。本论文主要采用以PTFE为基体,碳纤(CF)和二硫化钼(MoS2)为填料,采用机械搅拌法混合,利用冷压烧结等工艺制备了一系列PTFE基复合材料。具体研究结果如下:(1)对模压成型压力关于CF/MoS2
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聚四氟乙烯(PTFE)是密封领域中应用最为广泛的一种密封有机材料,但其磨损性的缺陷一直严重制约其发展。因此,国内外研究学者们都在找寻可以满足各行业应用的填料,从而改善PTFE材料本身耐磨性能差等缺陷。本论文主要采用以PTFE为基体,碳纤(CF)和二硫化钼(MoS2)为填料,采用机械搅拌法混合,利用冷压烧结等工艺制备了一系列PTFE基复合材料。具体研究结果如下:(1)对模压成型压力关于CF/MoS2/PTFE复合材料的力学性能的影响机制进行了系统研究,分析了在不同的模压压力下CF/MoS2/PTFE复合材料的力学性能变化趋势。结果表明,随着模压压力的不断增加,该复合材料的磨损率呈现出先降低后升高的趋势。其中,当成型压力为48 MPa时,复合材料具有优异的摩擦学性能,磨损率仅为0.087%,这为CF/MoS2/PTFE复合材料的模压工艺的优化提供了可靠的依据。(2)研究了不同种类的CF和MoS2填充PTFE关于复合材料的力学性能机理,与无添加填充量的PTFE相比,改性后的PTFE基复合材料的摩擦磨损性能得到大幅度的改善。结果表明,填充CF粒径为7.498μm的CF/MoS2/PTFE复合材料具有最佳的拉伸强度和断裂延伸率,当填充的CF粒径为23.733μm时,CF/MoS2/PTFE复合材料的磨损率最小,仅有0.308%,该研究为CF/MoS2/PTFE复合材料的制备工艺提供了一种填料选择的解决方案。(3)研究了不同种类的PTFE基料对CF/MoS2/PTFE复合材料的机械性能的影响机制。在填充粒径为23.733μm的CF时,使用粒径为低改性的PTFE基料,其拉伸强度和断裂延伸率均有所增加,摩擦系数也有所改善,为CF/MoS2/PTFE复合材料的制备工艺提供了一种基料选择方案。(4)研究了多壁碳纳米管(CNT)和石墨烯在不同的添加比例下对PTFE基复合材料机械性能的影响。结果表明:CNT和石墨烯的改善效果之间存在平衡,碳纳米管可以增强PTFE和填充物(如石墨烯或CF)之间的分散和均匀混合,从而改善了PTFE和填充物之间的界面扩散。当CNT和石墨烯共同填充改性PTFE基复合材料时,会表现出优异的协同作用。当CNT和石墨烯的添加量为0.5%和0.5%时,此时CNT和石墨烯表现出良好的协同作用,复合材料的力学性能达到最大值。(5)对CF/MoS2/PTFE复合材料密封环通过与实验相结合进行了使用寿命公式拟合,结合实际使用工况和文献,建立了寿命预测模型公式。经该预测模型可以预测出PTFE/CF/MoS2复合材料密封环的使用寿命预测值。该复合材料密封环在同一模型下的预测寿命相比于未填充改性的PTFE材料有很大的提高,该研究为PTFE/CF/MoS2复合材料的寿命预测和实际应用提供了良好的参考。
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