改性PTFE復(fù)合材料宏觀性能及微觀結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、隨著材料科學(xué)的發(fā)展，改性PTFE復(fù)合材料在人類生活生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。材料的成分、結(jié)構(gòu)與其性能之間有著直接的聯(lián)系。因此，研究分析改性PTFE復(fù)合材料成型工藝、填料種類、組分等對(duì)分析其性能有著重要意義。本課題采用模壓成型工藝制備了經(jīng)表面處理的填料填充改性PTFE復(fù)合材料，分析了模壓壓力、填料含量、填料種類以及單一填料與多元填料對(duì)復(fù)合材料的影響。同時(shí)，基于PTFE復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)SEM圖像，在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行圖像處理，提取斷口截面

2、分布的纖維與孔洞特征，以研究復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)中纖維與孔洞的分布規(guī)律，為探索PTFE復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能間相關(guān)性奠定基礎(chǔ)。
　　 (1)對(duì)不同模壓壓力成型的CF改性PTFE復(fù)合材料研究表明:隨成型模壓壓力增大，復(fù)合材料耐磨性提高，成型壓力35MPa時(shí)磨損量?jī)H為15MPa時(shí)磨損量的44.9％，且摩擦系數(shù)降低;而復(fù)合材料的硬度、比重和壓縮強(qiáng)度受成型壓力影響較小。
　　 (2)對(duì)不同含量CF改性PTFE復(fù)合材料研究表明:復(fù)

3、合材料的力學(xué)性能及摩擦磨損性能等均隨著含量的加大而提高。15％CF改性的復(fù)合材料硬度為56.3HRE，是純PTFE的1.65倍;壓縮強(qiáng)度為130.53MPa，是純PTFE的4.58倍;比重下降為2.074g/cm3;而其磨損量在載荷80N，速度0.6m/s、0.8m/s、1m/s時(shí)分別為純PTFE的4.33％、7.93％、9.70％。當(dāng)含量由15％增至25％，復(fù)合材料硬度由純PTFE的1.65倍增至1.99倍;壓縮強(qiáng)度均在純PTFE的4

4、.5倍以上;CF含量較高時(shí)，PTFE復(fù)合材料隨轉(zhuǎn)速增大磨損量增幅減小;CF含量對(duì)PTFE復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg影響較小，其Tg均在340℃附近。
　　 (3)與單一CF改性相比，混合填料改性PTFE效果更明顯。二元混雜填料(5％的Al2O3粉、Al2O3纖維、SiC粉、SiC纖維分別與20％CF混合)改性PTFE復(fù)合材料耐磨性大幅度提高，與純PTFE相比，其磨損量降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)，且纖維填料比粉狀填料改性耐磨性好，以填料Si

5、C纖維改性最佳;隨載荷和轉(zhuǎn)速增加，改性PTFE復(fù)合材料磨損量增大，其中粉狀A(yù)l2O3復(fù)合材料增幅較大，而SiC纖維的復(fù)合材料增幅較小。5％SiC纖維與20％CF混合改性PTFE復(fù)合材料綜合機(jī)械性能最優(yōu)，減磨效果最佳，磨損量?jī)H為純PTFE的4.61％。熱性能分析表明:纖維填料改性PTFE復(fù)合材料只有一個(gè)較小吸熱峰，而粉狀填料改性PTFE復(fù)合材料有兩個(gè)吸熱峰。當(dāng)填料種類由一元增至三元時(shí)，復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg逐漸升高，混合填料改性效果逐

6、漸明顯，三元填料改性PTFE復(fù)合材料綜合性能更為顯著，以2％石墨+3％SiC纖維+15％CF三元填料改性效果優(yōu)于2％石墨+3％GF+15％ CF三元填料改性效果，表明石墨、CF與SiC纖維協(xié)同效應(yīng)更顯著。
　　 (4)利用MATLAB數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)采集的改性PTFE復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)SEM圖像進(jìn)行處理，比較最大類間方差法、一維最大熵法、局部閾值分割三種圖像分割算法分割結(jié)果表明，局部閾值分割效果最好，PTFE復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)中纖

7、維細(xì)節(jié)能較好顯示，且能抑制背景噪聲;最大類間方差分割次之，部分纖維細(xì)節(jié)能較好顯示，但有較多背景噪聲;一維最大熵算法效果最差，其未能分割出圖像底部纖維，且分割的纖維填料完整性較差。同時(shí)基于Hough變換和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)初步提取材料斷口截面分布的纖維，纖維提取較全面完整;用Gilles斑點(diǎn)檢測(cè)SEM圖像中孔洞，大多數(shù)孔洞能被有效提取。
　　 (5)初步探討改性PTFE復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能關(guān)系的研究表明:當(dāng)成型壓力為15MPa時(shí)，復(fù)

8、合材料的微觀結(jié)構(gòu)中纖維拔出會(huì)形成較多孔洞，填料與基體結(jié)合質(zhì)量較差，填料支撐作用及對(duì)PTFE束縛較弱，材料硬度、壓縮強(qiáng)度及摩擦磨損性能提高不明顯;當(dāng)成型壓力為25MPa時(shí)，復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)中纖維拔出形成孔洞較少，斷面拉斷纖維增多，填料與基體結(jié)合質(zhì)量較好，復(fù)合材料宏觀性能提高也較大;當(dāng)成型壓力為35MPa時(shí)，復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)中纖維拔出形成孔洞更少，纖維被基體較好包覆，填料與基體結(jié)合結(jié)合質(zhì)量最佳，填料與基體相互作用構(gòu)成整體，填料的增強(qiáng)作用