液晶聚合物(LCP)是20世纪70年代开发出的一类高性能聚合物,主要用来制作特种合成纤维和特种工程塑料,其分子具有自发取向的特征。由于LCP的特殊化学结构,使其具有高强度、高模量、低粘度、易加工等诸多优良特性,LCP一直是高分子领域的研究热点。在熔融加工过程中,LCP的刚性大分子在流动方向上充分高度取向排列,冷却固化后其刚性增强并被保持下来,故具有突出的自增强特性,呈现出高强度和高模量特性。
将PPS与芳香族热致液晶聚合物TLCP共混,即可得到PPS的原位增强复合材料,由于少量LCP的加入可以极大改善热塑性基体材料的加工性,同时由于在熔融态可使LCP在基体中取向,冷却时成为微纤,因而可对基体材料起到增强作用。
另外一个不可忽视的因素是,LCP具有优异摩擦性能,LCP的耐摩擦性好,摩擦系数小,与45号钢的动摩擦系数为0.203,与聚四氟乙烯相似,并且磨耗量很低,仅为聚四氟乙烯的1/6000;线胀系数小,尺寸稳定性好,成型加工性能好,阻燃性能显著,并具有抗老化和耐酸碱腐蚀等特点。因此LCP在摩擦复合材料的应用上己经受到人们广泛的关注。
文献报,将热致性液晶与PTFE混合,采用模压烧结法制备出原位复合材料,其研究表明:液晶在PTFE/TLCP近表面处形成纵向微纤结构,这种结构有利于提高复合材料的承载能力,并有利于在对偶件表面形成薄而均匀的转移膜,从而改善复合材料的摩擦学性能并减轻对偶件表面的损伤。
赵安赤等对液晶聚合物/氟塑料合金的摩擦磨损行为及其耐磨机理进一步研究发现,在合金组分分配适宜时,合金内部的LCP分散相可以通过热迁移形成微纤,而这些微纤又可以形成网络结构,对PTFE基体起到包络作用,极大地破坏了PTFE典型的带状磨损,变为犁耕磨损,改变了磨损形式,从而提高了合金的耐磨性。这种高性能LCP与PTFE新型氟塑料合金的耐磨性比纯的PTFE提高了100多倍,且摩擦系数与PTFE相当。液晶聚合物/热塑性树脂合金也已成为聚合物基摩擦材料的较好选择。
PTFE的添加对复合材料摩擦性能有着较好的改善效果。由于LCP具有耐摩擦性好、摩擦系数小、线胀系数小、尺寸稳定性好及成型加工性能好,阻燃性能显著,并具有抗老化和耐酸碱腐蚀等特点,因此我们采用添加LCP及PTFE来改善PPS复合材料的摩擦性能,其结论如下:
1 将20%的TLCP添加到PPS中,材料的摩擦系数由PPS纯样的0.67降到0.42,磨耗量由18.2 mg/124min降至 8.2mg/ 120min。这是说明TLCP低摩擦系数和高耐磨性的特性,能有效的降低材料的摩擦系数及磨耗量。通过电镜观察发现,材料的磨损面上出现了沿着摩擦运行方向取向的磨痕,以及凸现出来的斑块状物质,并且有很多细小的片状粒子聚集在材料的对摩面,这些片状粒子起到改善摩擦状况的效果。材料以粘着磨损为主,伴随着一定的磨粒磨损。
2 将PTFE与TLCP两种聚合物一起添加到PPS中,发现材料的摩擦性能改善效果非常明显,材料的摩擦系数降至PPS纯样的25%左右,磨耗量降低至10%左右。通过电镜观察发现,材料的磨损面上有着大量的片状物,其对摩面出现了结合牢固的片状转移膜,这种牢固的转移膜的形成,能有效的降低材料的摩擦系数及磨耗量。材料以粘着磨损为主。
3 在添加的PTFE含量不变时,随着TCLP含量逐渐增加,材料的力学性能下降,但摩擦系数都在0.15^-0. 17之间,磨耗量稍有增大,TLCP含量为10%时,材料的磨耗量为1.0m留120min,当含量为40,磨耗量为增至2.0mg/120min。
4 将适量的PTFE, TLCP及纳米石墨三种改性剂一起加入PPS时,材料的摩擦性能得到较好的改善,其的摩擦系数为0.16,磨耗量为1.5 mg/120min。由于纳米石墨的加入,材料以粘着磨损为主,伴随着一定的磨粒磨损。
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