聚四氟乙烯/铅粉复合保持架材料高低温湿热交变性能试验分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)洛阳轴研科技股份有限公司 作者:王枫

  通过对3种不同铅粉含量改性制成的聚四氟乙烯基复合材料进行高低温交变湿热试验,研究了高低温交变及湿热对这3种复合材料力学性能及摩擦磨损性能的影响,结果表明,铅粉含量为25%的聚四氟乙烯基复合材料综合性能优良。

  聚四氟乙烯具有优异的自润滑、耐腐蚀、耐热性能及化学稳定性,但易冷流蠕变、导热性差、线胀系数及磨损量大等缺点限制了其在轴承保持架领域中的应用。而聚四氟乙烯/铅粉复合材料克服了聚四氟乙烯的缺点,有效阻止了聚四氟乙烯带状结构的破坏,增强了转移膜与摩擦对偶表面间的黏附性,磨损量比未添加铅粉的纯聚四氟乙烯材料降低了一个数量级,同时填充的铅粉还提高了复合材料的导热性。聚四氟乙烯/铅粉复合材料已在轴承保持架领域得到成功应用,它既能起到隔离滚动体使其均衡承载的作用,又能在运转过程中在对磨面形成转移膜,从而对轴承起到润滑的作用。

  随着轴承应用范围的扩展,轴承工作环境也越来越苛刻,为了满足轴承在高低温交变湿热条件下的正常使用,轴承保持架材料在高低温交变湿热条件下的性能变化研究也越来越重要。下文着重对3种不同铅粉含量的聚四氟乙烯基复合材料进行高低温交变湿热试验,通过模拟轴承实际工况,考察高低温交变湿热条件对不同铅粉含量的聚四氟乙烯基复合材料力学性能及摩擦磨损性能的影响。

1、试验材料、设备及方法

  1.1、材料

  试验原料为:聚四氟乙烯模塑细颗粒(75μm),铅粉(200目)和二硫化钼(00﹟)。分别配制铅粉含量(质量分数)为15%(配方1),25%(配方2)和35%(配方3)的聚四氟乙烯基复合材料,剩余部分由聚四氟乙烯和少量二硫化钼组成。按配比称取重量,放入高速搅拌机内混合均匀,将混合好的复合材料装入模具内,放置在压力机上加压,保压结束后脱模,将毛坯放入烧结炉内进行高温烧结,随炉冷却至室温取出。3种复合材料均各制备35个环状抗拉强度试环和各14个摩擦磨损试块。用40倍显微镜对毛坯材料外观进行检查,无裂纹,无气孔,无明显颗粒及夹杂等缺陷即为合格。

  1.2、试验设备

  (1)采用EL-041KA型高低温交变湿热试验箱进行高低温交变及湿热试验。

  (2)采用DNS200型电子万能拉伸试验机试保持架毛坯材料(图1)的环状抗拉强度。测试时拉伸速度为(20±0.2)mm/min。

聚四氟乙烯/铅粉复合保持架材料高低温湿热交变性能试验分析

图1 抗拉强度测试

  保持架毛坯材料的环状抗拉强度计算公式为

聚四氟乙烯/铅粉复合保持架材料高低温湿热交变性能试验分析

  式中:P为拉力机读数;D为测试环外径;d为测试环内径;h为测试环宽度。

  (3)采用ShoreScaleDDurometer邵氏硬度计测量材料的硬度。

  (4)采用铁姆肯摩擦磨损试验机在室温、大气及干磨条件下测试材料的摩擦因数和磨损量。试样尺寸为12mm×12mm×20mm的长方体,试样与对磨件在试验前均经过丙酮清洗。每个试样取两个对应面作为摩擦测试面进行摩擦因数及磨痕测试,共做2次试验。转速为200r/min,对磨测环的表面粗糙度Ra为0.03μm,载荷为7.58N,每隔3min测一次摩擦力,试验时间为30min。采用赛多利斯电子天平称量测试前、后重量差得出磨损量。

  1.3、试验方法

  温度循环在常压下开始由常温先转高温,再由高温转常温,由常温再到低温。循环次数为30次;升降温速率<5℃/min;温度范围-50~+120℃;极限温度允差:高温端0~+2℃,低温端0~-3℃;高低温保持时间:高温(120±3)℃时保持6h,低温(-40±3)℃时保持6h,常温20℃时保持6h。

  高低温交变循环结束后,在温度为(20±3)℃,湿度为(95±3)%下连续保持120h。高低温交变湿热循环试验前对各种配方试样的环状抗拉强度、邵氏硬度、摩擦因数及磨损量进行测试。高低温交变循环10,15,20,25及30次时,分别对各配方试样的环状抗拉强度、邵氏硬度进行测试,检测数量为5件;对各配方试样的摩擦因数及磨损量进行测试,检测数量为2件。湿度循环结束后,对各配方试样的环状抗拉强度、邵氏硬度进行测试,检测数量为5件,对各配方试样的摩擦因数及磨损量进行测试,检测数量为2件。

3、结论

  (1)经过30次高低温及湿热循环试验,3种不同配方的聚四氟乙烯/铅粉复合材料的环状抗拉强度、邵氏硬度及摩擦性能无明显下降趋势,其中环状抗拉强度、邵氏硬度仍能保持原始值的89%以上。充分表明这3种聚四氟乙烯/铅粉复合材料在上述温、湿度试验条件下具有优异的耐湿热能力。

  (2)根据3种不同配方的聚四氟乙烯/铅粉保持架材料高低温湿热交变循环试验数据,综合其力学性能和摩擦性能可知,配方2制成的复合材料综合性能优良。

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