表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.002

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 6-12.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.002

表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究

林煦航¹(), 钱善华¹^,²(), 张炜¹, 卞达¹^,², 倪自丰¹^,²

^1.江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122
^2.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122

收稿日期:2023-09-14 出版日期:2024-04-26 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 钱善华（1980-），男，教授，研究方向为仿生设计及摩擦学，qiansh@jiangnan.edu.cn
E-mail:linxuhang199904@163.com;qiansh@jiangnan.edu.cn
作者简介:林煦航（1999-），男，在读硕士研究生，研究方向为机械设计与理论，linxuhang199904@163.com
基金资助:
2023年江苏省研究生科研与实践创新计划项目（SJCX23_1234）；江苏省食品先进制造装备技术重点实验室自主研究课题资助项目（FMZ202204）；国家自然科学基金项目（52375184）

Preparation and properties of surface⁃modified tungsten trioxide⁃filled polytetrafluoroethylene composites

LIN Xuhang¹(), QIAN Shanhua¹^,²(), ZHANG Wei¹, BIAN Da¹^,², NI Zifeng¹^,²

^1.School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China
^2.Jiangsu Key Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment and Technology，Wuxi 214122，China

Received:2023-09-14 Online:2024-04-26 Published:2024-04-22
Contact: QIAN Shanhua E-mail:linxuhang199904@163.com;qiansh@jiangnan.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为提升聚四氟乙烯（PTFE）的耐磨性能，开展γ⁃缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH560）表面修饰和未经表面修饰的纳米三氧化钨（nano⁃WO₃）填充的PTFE复合材料性能研究。通过冷压烧结法制备PTFE/nano⁃WO₃复合材料，采用材料试验机和磨损试验机分别研究复合材料的力学及摩擦学性能，探讨nano⁃WO₃的含量和表面修饰对复合材料性能的影响。结果表明，KH560接枝到nano⁃WO₃的表面，提高nano⁃MWO₃与PTFE基体的相容性；与PTFE/nano⁃WO₃相比，nano⁃MWO₃能够改善PTFE的力学性能；其中PTFE/5 %nano⁃MWO₃的性能较好，与PTFE相比，拉伸强度降低了17.7 %，但断裂伸长率提升了43.5 %，弯曲强度提升了16.1 %；与PTFE/nano⁃WO₃和PTFE相比，nano⁃MWO₃能够改善PTFE的耐磨性能；其中PTFE/5 %nano⁃MWO₃的性能较好，与PTFE相比，对应的摩擦因数和磨损率分别降低了14.2 %和73.4 %，其研究结果将为PTFE工程应用和新材料研发提供较好的技术参考。

关键词: 纳米三氧化钨, 聚四氟乙烯, 表面修饰, 耐磨性能, 拉伸性能

Abstract:

To improve the wear resistance of polytetrafluoroethylene （PTFE）， KH560⁃surface⁃modified and non⁃surface⁃modified tungsten trioxide （WO₃） filled polytetrafluoroethylene composites were comparatively studied. The PTFE/nano⁃WO₃ composites were prepared through cold pressing and sintering， and their mechanical and tribological properties were investigated by using material testing and wear testing machines. The effects of nano⁃WO₃ content and surface modification on the properties of the composites were also investigated. The results indicated that grafting KH560 on the surface of nano⁃WO₃ improved the compatibility between the PTFE matrix and modified nano⁃WO₃ and thus improved the mechanical properties of the PTFE/nano⁃WO₃ composites. Compared to pure PTFE， the composite containing 5 wt% modified nano⁃WO₃ showed a decrease in tensile strength by 17.7 %， but an increase in elongation at break increased by 43.5 % and in bending strength by 16.1 %. Compared to the composites with unmodified nano⁃WO₃， the introduction of modified nano⁃WO₃ effectively improved the wear resistance of PTFE. The friction coefficient and wear rate of the composite containing 5 wt% modified nano⁃WO₃ were reduced by 14.2 % and 73.4 %， respectively， compared to those of pure PTFE. The findings of this work will provide a technical reference for the application of PTFE and the research and development of new materials.

Key words: tungsten trioxide, polytetrafluoroethylene, surface modification, wear resistance, tensile property

中图分类号:

TQ325.4

林煦航, 钱善华, 张炜, 卞达, 倪自丰. 表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 6-12.

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图/表 9

图1 表面修饰nano⁃WO3的制备流程示意图

Fig.1 Schematic diagram of preparation process of surface⁃modified nano⁃WO3

图2 修饰前后nano⁃WO3粉体的FTIR谱图

Fig.2 FTIR of unmodified and modified nano⁃WO3 powder

图3 PTFE复合材料的邵氏硬度、拉伸强度、断裂伸长率及弯曲强度随填料含量的变化

Fig. 3 Variation in hardness， tensile strength， elongation at break， and bending strength of PTFE composite materials with filler

图4 PTFE和PTFE/nano⁃WO3复合材料的拉伸断面SEM照片

Fig.4 SEM of tensile cross sections of PTFE and PTFE/nano⁃WO3 composites

图5 复合材料摩擦因数随时间和nano⁃WO3含量的变化曲线

Fig.5 Variation curves in friction coefficient with time and nano⁃WO3 content

图6 PTFE/nano⁃WO3和PTFE/nano⁃MWO3复合材料磨损表面的三维形貌

Fig.6 Three⁃dimensional topography of PTFE/nano⁃WO3 and PTFE/nano⁃MWO3 composites

图7 复合材料的磨损深度随时间的变化和磨损速率随nano⁃WO3含量的变化曲线

Fig.7 Variation curves in wear depth with time and the change of wear rate with nano⁃WO3 content of the composite

图8 添加不同含量nano⁃WO3复合材料的磨损率

Fig.8 Wear rate of nano⁃WO3 composites with different content

图9 复合材料的磨损表面微观形貌

Fig.9 Wear surface micromorphology of the composite

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表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究

Preparation and properties of surface⁃modified tungsten trioxide⁃filled polytetrafluoroethylene composites

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