摘要
聚四氟乙烯（PTFE）油封唇片材料克服了现有的橡胶油封唇口不能承受高低温、高线速度和易磨损摩擦系数大的缺点，而逐渐被应用于工程机械、商务和乘用车特别是新能源电动汽车的变速器油封上。但现有PTFE唇片材料还存在回弹性差、自润滑性较差和耐磨欠佳的问题，严重影响到其使用寿命和密封可靠性。为获得兼具高耐磨低摩擦系数和高回弹的PTFE唇片材料，本文首先考察了热拉伸处理与两种冷却方式对PTFE复合材料唇片熔融/结晶行为、力学和摩擦学性能的影响规律。在此基础上，进一步考察了硅灰石的规格、表面改性及其与聚苯酯（POB）和二硫化钼（MoS2）并用对PTFE复合材料性能的影响及机理。主要的研究内容及结果如下： （1）研究了热拉伸处理及不同冷却方式对PTFE复合材料的结晶度、力学和摩擦学性能的影响。结果显示，热拉伸试样的结晶度和回弹率皆高过未经过热拉伸处理的试样，热拉伸试样在降温停留温度为315℃时有最大回弹率，为89.7%；其摩擦系数和磨损率低于未经过热拉伸处理的试样。水冷却试样的结晶度低于空气冷却试样，回弹率高于空气冷却试样；摩擦系数稍微高于空气冷却试样，磨损率在降温停留温度为305℃， 315℃时高于空气冷却试样，在降温停留温度为325℃和335℃时低于空气冷却试样。 （2）采用不同规格的硅灰石填充改性PTFE，并对硅灰石进行了表面处理，对比了不同规格硅灰石和硅灰石表面处理前后对PTFE的力学性能以及摩擦学性能的影响。结果表明，随着硅灰石粒径的增加，复合材料的回弹率先上升后缓慢下降，粒径10μm的试样有最大的回弹率为93.1%；PTFE/硅灰石复合材料的摩擦系数与磨损率均表现出缓缓上升的态势。当硅灰石颗粒直径从6.5μm增至13μm时，试样摩擦系数从0.248增至0.267，磨损率从4.32×10-6mm3/N·m增至6.33×10-6mm3/N·m。表面改性后的PTFE/硅灰石复合材料有更优异的力学性能，改性后试样的曲线更接近橡胶态，试样回弹率从93.1%增加到94.6%。最后，改性后的PTFE/硅灰石复合材料的摩擦系数与磨损率均低于改性前，改性后试样的摩擦系数与磨损率分别为0.232与2.03×10-6mm3/N·m。 （3）研究不同质量分数的硅灰石对PTFE/硅灰石复合材料的力学性能和摩擦学性能的影响。结果显示，PTFE/硅灰石复合材料的回弹率随着硅灰石相对含量提升展现出先提升后下降的的态势，硅灰石质量分数为15%时，试样回弹率最高为94.6%；复合材料的摩擦系数呈现为先降低后提升的态势，硅灰石质量分数5%的试样摩擦系数最低为0.199，硅灰石质量分数20%的试样摩擦系数最高为0.257。磨损率随着硅灰石相对含量的提升逐步降低，硅灰石质量分数20%的试样磨损率最低，为1.38×10-6mm3/N·m。确定硅灰石的含量，探究不同相对含量MoS2对PTFE/硅灰石复合材料的力学性能和摩擦学性能的影响。结果显示，随着MoS2相对含量提升，复合材料回弹率从94.6%降低到76.2%。摩擦系数展现出缓慢提升的态势，当MoS2质量分数6%时，试样的摩擦系数为0.274；磨损率则呈现先降低后提升的态势，当MoS2质量分数2%时，试样的磨损率最低，仅为0.47×10-6mm3/N·m。最后，保证MoS2的质量分数为2%不变的情况下，保证填料总含量不变，使用一定量的聚对羟基苯甲酸酯（POB）来取代相对应含量的硅灰石。结果显示，随着POB相对含量提升，复合材料的回弹率呈现为先升高后下降趋势，当POB质量分数10%时，试样的回弹率最高为93.8%。复合材料的摩擦系数随着POB相对含量的升高降低，POB含量15%试样的摩擦系数最低为0.205，POB含量0%的试样摩擦系数最高为0.259。磨损率逐渐增加，POB含量15%试样的磨损率最高为3.01× 10-6mm3/N·m。
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