PPS 是一种性能优异的特种工程塑料,具有优良的耐热性,耐腐蚀性,电性能,阻燃性能,与金属粘结力强以及良好的自润滑效应和一定的承载能力。由于高分子材料的不断发展对材料提出的更高性能要求和 PPS 本身存在韧性较差,冲击强度低等缺陷,使得 PPS 的广泛应用受到限制。如何提高 PPS 树脂的的性能,扩大其应用范围越来越为相关领域的专家、学者及产业界人士所重视。
聚苯硫醚复合涂层是 PPS 树脂为基料 ,并加入其他合适的聚合物,无机填料或添加剂,通过一定的涂覆及高温固化工艺,在金属表面形成具有特殊性能的保护层。该涂层可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,从而改善金属表面的理化特性,扩大材料的应用范围,其多功能性不是纯 PPS 涂层所能及的。因此,具有众多优异性能的聚苯硫醚复合涂层,广泛应用于许多领域,如汽车工业、机械制造、石油化工和电子工业等。
磨损是材料失效的三大形式之一,每年因磨损而造成的材料损失以及事故损失都在上千亿美元以上,并且用于改善摩擦状况的专用经费也高达上千亿美元。为了减少由两接触面摩擦带来的材料磨损量,耐磨涂料得到了迅速发展,它的研究备受关注。
普通涂层没有足够的机械强度与耐磨性,在受到长时间的磨蚀后会很快磨损或者剥落,对基材的保护失去作用。现在,通常在涂料中添加具有高硬度、高强度、自润滑、耐磨损性能的填料,通过加入如氧化铝、氮化硅、碳化硅、石墨、二硫化钼、玻纤以及晶须等,以改善涂层的耐磨性以及机械性能,具有特殊功能的涂层越来越多地应用于更复杂的环境中。因此,对于 PPS 复合涂层的摩擦性能研究显得十分必要。
聚四氟乙烯(PTFE)是常用的固体润滑剂之一,具有低表面能和极低的摩擦因数以及良好的防黏和润滑性,因此 PTFE 与 PPS 树脂共混制备新型耐磨材料受到研究者的青睐。Luo 等制备的聚苯硫醚/聚四氟乙烯涂层,研究了 PTFE 含量对摩擦性能的影响,同时观察了不同 PTFE 含量的涂层表面形貌以及磨损后的涂层表面形貌。结果证明,40%含量的 PTFE 的涂层磨损寿命最长,PPS 中添加 PTFE 组成部分,能有效地提高耐磨性,形成新型的耐磨耐腐蚀涂层。杨生荣等研制的 PPS/PTFE 防粘耐磨涂层,用于食品烤盘上,与日本进口涂层相比,具有大致相同的性能,涂层的附着力和耐磨性有了明显的改善。
纯聚合物由于其表面硬度低,承载能力差,粘着磨损在摩擦过程中易发生。在PPS 中加入填料,可以起到一定的支撑作用,减小磨损的体积。与此同时,添加的一些填料在摩擦过程中会与对摩面发生化学反应,在双表面上增强了结合强度,从而提高复合涂层的耐磨性。关建生等研究了使用石墨、碳化硅、MoS2等填料改性聚苯硫醚复合涂层的耐磨性。实验结果表明,这些填料的适量添加,有效地提高了 PPS涂层的耐磨损性,而减磨效果最佳的是 MoS2和三氧化二铬。龚建彬等利用硫酸铜与氢氧化钠在 PPS 涂料中原位反应的方法掺杂Cu O,通过浸涂制备了 Cu O/PPS 复合涂层。
结果表明,在相同实验条件下涂层的磨损机理随Cu O 添加量的增加,从粘附磨损依次向磨粒磨损和疲劳磨损过渡,Cu O 的加入使 PPS 复合涂层摩擦学性能得到明显改善,由此可见化学反应对改善聚合物复合材料的耐磨性能也有重要作用随着高分子材料应用领域的扩张,在树脂中填充纤维来增强高分子材料的摩擦特性,越来越受到关注。目前,国内外广泛采用玻璃纤维、碳纤维、有机纤维和晶须等改善聚合物摩擦磨损性能。
徐海燕等研究了碳纤维增强 PPS 复合涂层在干摩擦和水润滑条件中的摩擦性能。实验表明,在水润滑条件下,炭纤维增强 PPS 涂层表现出的抗磨性能比 PPS 涂层更为出色。Xu等也发现在水润滑中复合涂层的损率较干摩擦下明显降低。纳米粒子复合材料是近年来发展起来的具有优异性能的新材料,由于其具有独特的物理化学性能,填充改性聚苯硫醚后,提高了复合材料的整体力学性能,纳米颗粒具有很强的表面活性,容易在对摩面上形成一层致密的转移膜,因此采用纳米粒子来改善 PPS 的摩擦性能已经逐渐成为一种新的趋势。潘炳力等通过制备 PPS/PFW/石墨烯复合涂层,进行了石墨烯改性聚苯硫醚涂层的摩擦学行为的分析,实验结果表明,复合涂层的摩擦系数比纯 PPS 涂层低,磨损寿命明显比纯 PPS 涂层要高,复合涂层以磨粒磨损为主,当复合涂层中石墨烯含量比较低时呈现一定程度的黏着磨损,而当石墨烯含量较高时出现疲劳磨损,其抗磨寿命有一定程度的降低。
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