DIC Z-650

聚苯硫醚耐磨改性研究

聚苯硫醚(PPS) 为特种工程塑料，具有优良的耐热性能、耐化学腐蚀性能、电气性能、阻燃性能和粘合性能等，广泛应用于纺织、汽车、家用电器、电子电器、机械仪表、石油化工、国防**、航空航天等领域。

耐磨改性是日本油墨 DIC Z-650 PPS  的重要改性方法，耐磨改性后的PPS 作为一种高效的耐磨材料，具有承载能力强，使用温度高，对粉尘、腐蚀气体及辐射等恶劣环境适应性强，耐磨寿命长等特点，可解决某些设备在极为恶劣的工况下运行时，由于材料摩擦磨损严重导致轴承等零件损坏，从而使设备停运的问题。碳纤维(CF) 增强PPS 具有优良的耐磨性能，但其高昂的成本和较高的导电性，限制了其使用范围。玻璃纤维(GF) 增强日本油墨 DIC Z-650 PPS虽然成本低，电绝缘性能好，但其耐磨性能较差。为了解决以上不足，在比较这两种纤维增强PPS 不同摩擦载荷下摩擦磨损性能的基础上，采用聚四氟乙烯(PTFE) 和纳米二氧化硅(SiO2) 对GF 增强PPS 进行复合耐磨改性，以较低成本获得了优于CF 改性PPS 的摩擦磨损性能，同时保持了PPS 优良的电绝缘性能，拓展了耐磨PPS的应用范围。

不同摩擦载荷下GF 与CF 增强PPS 的摩擦磨损性能

CF 增强PPS 的摩擦系数和磨损率随摩擦载荷的增加而略有增加，变化均不大；GF 增强日本油墨 DIC Z-650 PPS的摩擦系数和磨损率较CF增强PPS 变化明显，均随摩擦载荷的增加而增大，其中磨损率增大趋势更为明显。另外，CF 增强PPS的摩擦系数和磨损率均较GF 增强PPS 的低，其耐磨性能明显优于 GF 增强PPS。

由于其具有良好的导热性，可以把摩擦过程产生的热量迅速传递出去，从而减少摩擦热对材料的破坏；且由于CF 的石墨微晶结构，日本油墨 DIC Z-650 PPS 使其在材料摩擦过程中与对磨面接触时可以润滑对磨面；此外，相对于GF，CF 对PPS 模量和硬度的提高更为明显。这些因素都对日本油墨 DIC Z-650 PPS 材料摩擦磨损性能的提高具有积极的影响。

PTFE 对GF 增强PPS 摩擦磨损性能的影响

虽然CF 增强PPS 相对于GF 增强日本油墨 DIC Z-650 PPS 具有良好的减摩耐磨性能，但存在成本高、电绝缘性能低等问题，影响其在某些领域的使用。因此可考虑在GF 增强PPS 中添加耐磨助剂来提高其耐磨性能。采用滑动磨损试验，固定摩擦载荷2.0 MPa，滑动速度0.42 m／s，研究了PTFE 含量对质量分数为40%的GF 增强PPS 摩擦磨损性能的影响，如图3 所示。从图3 可以看出，随着PTFE 含量的增加，GF 增强PPS 的摩擦系数和磨损率均呈现下降趋势。这是因为PTFE 的加入在对磨面上形成一层稳定而连续的转移膜，改变了磨损方式，减少了继续恶性磨损的可能性

PTFE 和纳米SiO2 复配对GF 增强PPS 摩擦磨损性能的影响

纳米粒子由于具有一系列优良的性能，在耐磨改性方面也引起广泛的关注。采用纳米SiO2 与PTFE 复配的方法，固定两者填充的总质量分数为20%，同时固定摩擦载荷2.0 MPa，滑动速度0.42 m／s，研究了不同纳米SiO2 含量下质量分数为40%的GF 增强PPS 的摩擦磨损性能，结果如图4 所示。从图4 可以看出，在纳米SiO2 含量较低时，PTFE与纳米SiO2 对GF 增强PPS 的耐磨改性具有协同作用，随着纳米SiO2 含量的增加，材料的摩擦系数和磨损率逐渐降低。当纳米SiO2 质量分数为10%(此时PTFE 质量分数也为10%) 时，GF 增强PPS 具有*低的摩擦磨损性能，其摩擦系数为0.16，磨损率为6.3×10–6 mm3／(N · m)，均低于于相同质量分数的CF 增强PPS 此时其摩擦系数为0.23，磨损率为6.5×10–6 mm3／(N · m)]。日本油墨 DIC Z-650 PPS 随着纳米SiO2 含量的进一步增加，其在PPS 树脂中很容易发生团聚，减摩耐磨改性效果反而降低。

在相同转数下，PTFE与纳米SiO2 复合耐磨改性GF 增强PPS 具有更低的磨损质量和磨损体积，且随着转数的增加，其耐磨损性能相对更加优良。磨损体积的大幅降低可以显著提高GF增强PPS 作为结构耐磨件时的使用寿命，从而保证相关设备的长期稳定使用。

结论

(1) 质量分数为40% 的CF 增强PPS 的摩擦磨损性能优于相同质量分数的GF 增强PPS。

(2)  PTFE 可以明显降低GF 增强PPS 的摩擦系数和磨损率，通过与纳米SiO2 复配，能够进一步改善PPS 的摩擦磨损性能，当两者的质量分数均为10%时，其改性的GF增强PPS 的摩擦系数、磨损率，以及滚动摩擦时的磨损质量和磨损体积低于CF 增强PPS。

(3) 利用PTFE 和纳米SiO2 复合改性GF 增强PPS，能够在改善耐磨性能的同时，保持PPS 优良的电绝缘性能。(4) 相对于CF 耐磨改性，采用PTFE 和纳米SiO2 复合改性GF 增强PPS，能够在降低成本的情况下达到减摩耐磨改性目标。

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