用于超聲電機的聚四氟乙烯／聚苯酯復合摩擦材料

    田秀，曲建俊，孫鳳艷

(哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱1 50001)

   

    摘要：針對超聲電機摩擦材料的特殊應用，將聚苯酯(Ekon01)與聚四氟乙烯(PTFE)共混制成復合材料，試驗分析其力學性能矛¨干摩擦滑動條件下的摩擦學陛能。借助于掃描電鏡(SEM)手段，考察復合材料磨損表面形貌，探討其摩擦磨損機理。并將PTFE/Ekon01復合材料作為超聲電機摩擦材料，測試行波型超聲電機的驅動特性。結果表明，PTFE能性有效改善Ekonol的脆性；Ekoll01能增加PTFE的硬度。PTFE大幅降低Ekon01的摩擦系數，并使磨損率逐漸增大。隨PTFE含量增加，PTFE/Ekon01復合材料的磨損機理由疲勞剝落和機械犁削逐漸轉變為壓潰和粘著磨損。當Ekon01：PTFE為8：2時，復合材料的沖擊強度、硬度和耐磨性較好，且超聲電機驅動性能較優，

是較好的超聲電機摩擦材料。

    關鍵詞：聚苯酯；聚四氟乙烯；超聲電機；摩擦磨損

O前言

     超聲電機摩擦材料工作在伴有超聲波振動的干摩擦滑動條件下，復雜的條件要求其具有摩擦系數高、耐磨性好且對偶件無磨損、運行穩定、導熱性好、無摩擦噪音、可精密加工、粘結性好等^[1]特性。Ekon01不僅耐磨性好，且摩擦系數較高。特別與其它聚合物相比，它具有類金屬性能，即導熱性好、熱穩定性好。此外，它壓縮強度高，尺寸穩定性好、不磨傷對偶件。但是Ekonol性脆，沖擊強度低，成型加工較困難^[2,3].PTFE的動靜摩擦系數差異小、穩定性好、使用溫度寬^[4,5]。但是它易蠕變、耐磨性能差^[6]。然而，Ekorlol與PTFE制成復合材料即可在性能上互補，克服Ekon01的脆性和PTFE的易蠕變性，又可保持各自的性能優勢。具體對PTFE/konol共混體系性能的報道較少。余乃梅等研究F^[7]了PTFE／Ekon01共混體系的多種性能，并用偏光顯微鏡、差熱分析了共混材料的相態。賈曉梅等^[8]研究了35％以下的Ekon01填充PTFE的復合材料摩擦磨損性能。何鵬等^[9]研究了添入量為10％的多種填料對Ekonol的摩擦學性能影響。

    本文將：EkonoI與PTFE共混制成復合材料，著重研究PTFE/Ekonol復合材料體系的力學性能和在干摩擦滑動條件下的摩擦學性能，并利用掃描電鏡觀察PTFE／Ekon01復合材料的磨損表瑤形貌，進而探討其摩擦磨損機理。并將PTFE／EKon01復合材料作為超聲電機的摩擦材料，測試超聲電機的空載轉速和堵轉力矩，以獲得Ekon01與PTFE的****配比，為超聲電機摩擦材料的設計和制備提供理論指導。

1試驗部分

1．1原材料及復合材料試樣的制備

    Ekonol，密度1．44g／cm³，平均粒徑14μm，中吳晨光化工研究院產品；PTFE，密度2 15g／cm³，平均粒徑25μm，中吳晨光化工研究院產品。本文將PTFE填入到Ekon01中，按O～********的全范圍配比共混，每隔********PTFE制成一組復合材料。復合材料試樣制備過程為原料經過篩烘干后按配方比例稱量，利用高速攪拌機充分混合后裝入金屬模具中，在100MPa壓力下保壓10min冷壓成型，再經高溫燒結后切削、打磨制成試樣。

1.2試驗條件及方法

    沖擊強度試驗采用xcJ-40型簡支梁式擺錘沖擊試驗機執行，試樣尺寸為90mm×10mmx7mm，豁口尺寸為φ2mm×10㈣。硬度試驗采用HRl50洛氏硬度計，選用M標尺。摩擦磨損試驗采用環一塊式M-200型磨損試驗機，在干摩擦滑動條件下測定試樣昀摩擦系數和磨損量。對偶件材料為45^#鋼，預壓力為10kg，對偶件轉速為200r/min，對磨時間為30min。上述試驗均重復3次，取平均值作為結果數據。超聲電機試驗采用B13模態40圓盤形行波型超聲電機，其預壓力加載裝置及定子振動模態如圖l所示，定子材料為LYCZl2硬鋁。將復合材料作為超聲電機摩擦材料，粘貼在鋁轉子上，為比較材料差異，其厚度均為2．5mm，試驗前均經過1200#砂紙打磨和丙酮清洗，超聲電機的激勵頻率，為41．5kHz，激勵電壓V_p-p為180V。超聲電機定、轉子間預壓力由彈簧提供。

   

2結果與討論

2.1力學性能

    超聲電機摩擦材料需要取得適當的沖擊強度和硬度。沖擊強度較大的軟材料會吸收超聲振動能，從而降低摩擦驅動力的轉換效率；摩擦材料硬度較大時，超聲電機定轉子接觸狀態容易受轉子加工精度的影響，導致接觸不均勻現象^[10]，宏觀表現為電機運行不穩定，引起爬行和噪聲。圖2給出的是