聚酰亚胺／聚四氟乙烯合金共混工艺的研究

● Vb1．15 1999年 5月 高分子材料科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 I：：OLYMER MATERIALSSCIENCEAND ENGINE'ERING No 3 May 1 99q ( 一 姗 聚酰亚胺／聚四氟乙烯合金共混工艺的研究 ；、 黄 丽 徐定宇 程红原 — I 享 五E ．1。o。2。) 弋 摘要 选用聚四氟乙烯(FIVE)作为热固性泉酰亚胺(PI)的减摩增韧材料，采用4种不同的共混工艺．时 PTFE在共 混过程 中粒径的 变化 以噩时共混物摩擦磨损性能，微观结构的影响进行 丁研 究探讨 。 关键词 聚酰亚胺，聚四氟乙烯，复合材料．共混， 擦磨损 - — ～ — — — 一 — — PI是近年来发展起来的一种耐高温聚合畅材 料，P1主要可分为两大类 ：即缩合型 PI(CPI)和加成 型 PI(API)。API与 aPI相比，API具有 良好的成型 工艺性，产品孔隙率低 、热性能优 等优点，因此在 航空航天、电子机械、军工产品等高新技术领域得到 了广泛的应用口 。但是对于用 API作为摩擦材料方 面的应用，目前还是非常有限的。P1下E具有优 良的 自润滑性，是已知固体材料中无油润精的最佳材料 之一。觋今已有关于 m 改性 聚甲醛、聚苯硫醚 、 聚醚醚酮、超高分子量聚乙烯等高分于材料的报导 本文将 FIFE作 为 API的减摩增 韧材料，研究 了FIFE在不同共混工艺条件下的粒径变化及对共 混物摩擦磨损性能的影响，并用 SEM观察分析了共 混物的微观结构 。 1 实验部分 1．1 原材料 P／vlR1 5-PI模塑粉：中科院化学所产品。PTFE： 30～40 ，英国产品。石墨。丙酮。无水乙醇。 1．2 PMRI5一PI与 PTFE的共混 1．2．1 简单机械共混法：将 P／vlR]5-PI模塑粉放入 粉碎机中，先低速搅拌再逐渐加入 PⅡE粉料 ，最后 高速搅拌 3～5 min。 1．2．2 溶液共混法：将 PMR15一PI模塑粉放人盛有 无水乙醇 丙酮溶液的粉碎机 中，低速搅拌形成悬浮 液，再逐渐加人 FIFE料，然后高速搅拌 3～5 rain。 最后将混合液分阶段升温，除去溶剂 。 1 2．3 胶体磨共混法：将 简单机械共混料在胶体磨 中进一步混合，用无水乙醇为分散液 ，混合采用间歇 收稿 日期：{修改稿收到 日期：1998 03 16 联系人及第 作者：黄 丽 ．立 ．38岁．硕 上、副教授 # 方式，每次混合 l min，共混 1 0次。 1．2．4 气流粉碎 共混法：将简单机械共混料在气流 粉碎机中进一步混合，压缩空气压 力为 5×lOl_325 ～7×1O1．325 kPa，反复两次。 1．3 试样制备殛摩擦磨损·胜能测试 将不同共混工艺制备的共混料在适当的温度压 力下经 热压机 压 制成 型，然 后按 (5-13l 960—83在 ]ynvi-200摩擦磨损试验机上进行性能测试 。 1．4 微观结构观察 采用 s．250型扫描 电子显微镜 对断 面进 行观 察。 1 5 PTFE颗粒的形态 在 xPi偏光显微镜下观察 PTFE的颗粒 形态． 如Hg．1所示。测出颗粒横向与径向尺寸的太小，观 测的 P1下E颗粒应在 100个 以上 。分别计算 P_ITE横 向尺寸 B与径向尺寸 L以及二者之 比L／B的平均 值 。 Fig．1 11．e m0T讪oIo of I I下E particles 2 结果与讨论 2．1 共混方式对 PrFE分散性的影响 PⅡE分子 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面具有很大的惰性 ，目前等离子体 维普资讯 http://www.cqvip.com 高分子材料科学与工程 改性等 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 尚不能使其具 备长久、有效的活性。而 且，PTFE具有很强的 自吸附作用 ，放置一段时间后． 通常是若干个基本颗粒凝聚在一起形成 1个较大的 颗粒 。一般而言，在共混物中 ，分散相颗粒要有一适 宜的粒径。在不影响共混物加工性能的前题下，如果 颗粒细小一些，则对共混物的拉伸 强度、抗撕裂强 度、耐磨耗性 的提高作用就越显著。因此，若要取得 ： Fig 2 The dJaraeler distrlbufion of~TFE pmticle，prepared throe ~tmple mMb l blending Fig 4 The diameter distillation of rFE pmtide，prepared Ihtoul (窖el—milt)blending rah 1 The effect of different blencfingtzdmolo[~"on par削 e size ofPIFE 工．1engthw{~e average．39： dth average 从 Tab．1中可观察到不罚共混方法对 眦 粒 径的影响。物料的共混过程通常要依靠扩散、对流和 剪切 3种作用来完成。简单机械共混法主要是凭借 对流以及剪切两种作用来完成共混过程的。对流是 各种物料在空间位置的相互变换，而剪切作用就是 良好的分散效果，必须在共混过程 中破坏其颗粒间 的吸附，降低其粒径的大小。 本文 对 PMR15一PE：PTFE一80：20的配 方 分 别以简单机械法 、溶液法、胶体磨法以及气流粉碎法 等 4种工艺进行共混 ，统计 了 P'~FE在不同工艺的 共混过程中粒径及其分布的变化。Fig．2～Hg 为 不罚共混试样 中P1FE粒径的分布图。 ／1 k L，B Fig 3 The dJarneter d hniOn of PrFE p~licles．prepared Ihtou solution blend~ Fig 5 The aI Ie distribution of F【Ⅱ pmti~l~-plepsred lIl∞II曲 (ear-canmnt c rI_ )N啪 rIg 利用剪切力，促使物料颗料产生变形以致发生部分 的破碎分散。从 _rab．1中可以看出，经过简单机械共 混后，P][FE颗粒粒径纵 向长度有 了一定的变化 ，而 横 向长度基本不变 。粒径变小的原因是由于颗粒之 间非常薄弱的吸附点被打开。这说明简单机械共混 法不能够有效地降低颗粒的粒径大小 经过溶液法及胶体磨共混之后， 和 皆有所 下降(见Tab．1)。对于溶液共混法而言，主要是由于 在分散液 中，m 颗粒之间的吸附力有所减弱，因 此在外力的作用下容易分离而使其粒径有较大的下 降。而在胶体磨共混法中，LB下降的原因是由于在 钢齿的剪切作用下 ，m 颗粒之间吸附点断裂导致 颗粒粒径减小 ，同时由于 PTFE颗粒发生塑性变形 而变得狭长，使横 向平均长度远小于 PTPE基 本颗 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 3期 黄 丽等 ：聚酰亚瞎，聚四氟 乙烯音盘共 混工艺的研究 粒的粒径 ，这两种方法都可 比较有技的降低 PTFE 颗粒 的粒 径 。 气流粉碎机共混可 使 PTFE颗粒粒径降低 1 个数量级．从而使材料性能有了较大的提高 在气流 粉 碎共 混 过 程 中．受 压 缩 空 气 的 作 用，刚性 的 PMR15 PI模塑粉频繁地与 PTFE冲撞，PTFE颗粒 被切割成较小的颗粒 。混合的结果是 PTFE颗粒粒 径大幅度下降．长径比减小 。从 _rab．2中也可看出． 气流粉碎共混法与其他的几种共混方法有所不同． 在气流粉碎过程中，P'FFE颗粒的纵向长度与横向长 度是 同时迅速减小的，分别减小了 94 和 93 。 Tab 2 'Fne effect of blending [echnolo~ oil nmlerial prope~ 从 Fig,6中可以看出，简单机械共混样 中 P 颗粒非常光滑，而气流粉碎样中的 PTFF颗粒形状 扳不规则且有很多孔穴 ．这可能是 由 于混 台过程中 PMR15 PI模塑粉冲撞所留下的痕迹 从试验结果来看，溶液共混法 、胶体磨共混法的 混合效果较简单机械共混法要好，但这两种其混方 法后期都要除去溶剂．操作难度较大 与这几种共混 方法相 比．气流粉碎共混法操作简单．混合效果最 好 。 2．2 共混方式对复合材料性能的影响 为了比较共混方式对复 台材料性能的影响．拽 们选择了两种配方(I号配方为，PrlFE：PMR1 5 PJ -_ 80：20；Ⅱ号配方为 ，PⅡ ：PMRl 5 PI：石墨一 80：20：5)用简单机械共混法和气流粉碎法进行了 共混，并 相 同的条件将 共混物进行加 工、删 试 Tab．2列 出了通过两种共混工艺制得的复合材料的 性能数据。从 _rab．2中可 看出．气流粉碎共混样的 各种性能与简单机械共混样相 比，其 冲击强度提高 了 5．3 ，摩擦系数与磨痕宽度分别降低 了-6．3 和 7．4 ；添加石墨后，其 冲击强度提高 了 I 3．7 ．摩 擦系数和磨痕宽度则分别降低了 7．6 和 3 0 ^S clml pr Pard through simple m~hanlcal blendiu~ h S f l1ILI1 p：e~l I through Hl：f LI re!I ct Lrsl·bleudmp Fig 6 The tnorpbolo~,'of rFE I~rtieles In the coral~site 、 ⋯ uen prepared~hrough simple mechani：I}-I ndin~ 14 l a⋯e pre~．m l Lh：o．gh l LIIFI㈨ I ru_、lI}¨Lll【 E n 7 T mo~llol,@v of~~oml0osite's break d n produc甜 impact 在冲击作用下，复合材料中较大的 P1FE颗粒 周围更容易产生应力集 中而引发材料的破坏 而经 过气流粉碎共混后，Fq'Fg粒径变小 ，分散更均匀 ，相 对不引起应力集中．而使材料的冲击强度有所提高。 Fig．7为复合材料的冲击断面形态图，从图中也可 看出，简单机械共混样的断面是呈放射状结构．有明 显的裂纹发展方向，裂纹的发展是比较快的，而气流 粉碎共混样的断面已看不到 明显的裂纹发展方向， 材料破坏形式为许多微裂纹的均衡发展最后导致材 料的破坏。Fig．8为复合材料摩擦过程中摩擦力矩随 时问的变化 曲线 ，从 Fig．8中可以看出，与简单机械 维普资讯 http://www.cqvip.com 高分于材料科学与工程 990矸 60 耋 ． 共混祥相比，气流粉碎共馄样的摩擦平衡时间提前 了 近 10 m．in。这是由于气流粉碎共混之后，PTFE颗粒粒 径的减小．数量的增多将有利于向摩擦面转移，缩短 材料达到摩擦动态平衡的时间，从而提高了材料的摩 擦磨损性能。 参 考 文 献 】 Patmik丸 ,Mater．Fmg ．1986．103【1j：l3 2 M s。n』F J Polym Sci 1972 ．E 905～ §l 5 3 吴培熙 (WU Peixi)．张留成 (Zhang Lsucheng) 聚音物共混改性啄 理 及 工 艺 (1k Principle and 1khnd。 of~lending Modified Polymer) 轻工业出版牡 (LightIndustry Pre~)．198 4，1 79～184 STUDY ON BLENDING TECHNOLOGY OF PI／PTFE ALLOY Huang Li，Xu Din~-u，Cheng Hongyuan (t~jingUmversityofChemicalTechnology，Belting) ABSTRACT In this paper．P巧E was selected as the abrasion—decreasing and toughnes,>increasing material of thermosot PI．And four different kinds of blending technologics were adopted to study the diameter change of P1FE partic'．es during the blending processing and the study of the effect of IFE particles size on the blend s ahra ve property and microstructure was also carried Out．The results revea1 that the size of嘲 particles can k reduced t0 ten percent thrOHgh air-current crush blending． Which has significant dfect on the mechanica1．frictiona1 and abrasive property Air-current crush blending can improve the other perfor／nance ten percent Keywords PI，PⅡ ，composite，blend，friction abrasion 维普资讯 http://www.cqvip.com