第2期 汪怀远等：晶须表面改性及其填充聚醚醚酮摩擦学行为 183 450℃，保温6h后冷却，最终得到改性样品 2.12倍，而对复合材料的摩擦因数的影响较小. 1.3PTW填充PEEK复合材料的制备 表2PEEK及其复合材料摩擦磨损性能(100N,1.4ms) 将质量分数25%表面改性后的PTW和15% Table 2 Friction and wear rate of PEEK composites (100 N.1.4m PTFE分别加到PEEK粉末中，机械搅拌混合均匀， s 350℃下8MPa保温60min热压成型，制备不同的 纯 PTFE/ PTW(FSO)/ 名称 实验样品.加工后的样品和对偶材料(45#钢)在实 PEEK PEEK PTFE/PEEK 验前用800号金相砂纸打磨到平均粗糙度Ra= 摩擦因数 0.15 0.127 0.132 0.2m,丙酮清洗干燥 磨损率/(109cm3.N-1m-)5.05 3.469 2.382 1.4接触角的测定 20℃下用粉末压片法，利用上海中晨公司 图1及图2是PTW不同改性后PEEK复合材 JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪，测定极性和 料摩擦因数和磨损率随着载荷的变化关系，相比于 非极性介质在压片上的接触角，仪器测量用去离子 未改性PTW而言，在各个载荷下，改性后PTW填 水液滴容积为0.5L,测量精度0.5°. 充PEEK复合材料的摩擦因数均得到降低（图1）， 1.5摩擦磨损实验 0.13 ■一PTW溶胶，凝胶) 利用MPX2000型磨损实验机双环形式（河北 ·-PTWONDZ102) 0.12 一PTW(未改性) 宣化)，考察不同载荷条件下，改性PTW填充PEEK PTW(FSO) 复合材料的摩擦磨损性能.实验条件：室温，相对湿 0.10 度50%~55%，速度1.4ms-1,时间120mim.正式 0.09 测试前，先进行20min磨合.磨损率由磨损失重（精 0.08 度为0.1mg)计算而得，摩擦因数由电脑在线采集 0.07 摩擦力矩计算获得，取后60min内平均值.实验结 100 150 200 250 300 载荷N 果取三次的平均值 2结果与讨论 图1不同改性PTW填充PEEK复合材料的摩擦因数比较 Fig.1 Friction coefficients of PEEK composites filled with various 2.1接触角测量 modified PTW 表1给出了PTW改性前后水在其上的接触 角，未改性PTW的接触角很小（只有5.5°），改性后 12 。一PTW(溶胶-凝胶) -PTWONDZ102) PTW的接触角均有不同程度的提高，其中氟表面活 一PTW(未改性) -PTW(FSO) 性剂FS0改性后最大(72°).一般来说，水接触角的 提高说明改性后粉体表面能降低，根据相似相容原 6 则，有利于其在低表面能树脂中的分散町，显微镜 下发现分散性以FSO和溶胶一凝胶改性PTW比较 好，NDZ一102改性后PTW仍有少量团聚. 100 150 200 250 300 表1不同改性前后PTW表面的水接触角 载荷N Table 1 Water contact angles of various modified PTW ( 图2不同改性PTW填充PEEK复合材料的磨损率比较 未处理 PTW PTW PTW 名称 Fig.2 Wear rate of PEEK composites filled with various modified PTW (溶胶一凝胶)(NDZ一1O2)(FS0) PTW 接触角 5.5 22 2 其中以溶胶一凝胶改性最低。由图2可以看出， 2.2摩擦磨损性能 NDZ102改性的PTW填充PEEK后复合材料的磨 表2给出了PEEK及其复合材料摩擦磨损性 损率明显增加；FSO和溶胶凝胶改性PTW后复合 能.可以看出，PTFE的加入同时降低了PEEK的 材料的耐磨性均优于未改性前，300N下较未改性 摩擦因数和磨损率，与文献[3]结果相一致.FS0 的分别提高2.64和2.11倍.随着载荷的增大，改 改性的PTW可以进一步降低PTFE/PEEK复合材 性后PTW填充PEEK耐磨性变化不明显；而未改 料的磨损率，提高耐磨性1.46倍，是纯PEEK的 性前复合材料的磨损率成明显增加的趋势，450℃‚保温6h 后冷却‚最终得到改性样品． 1∙3 PTW 填充 PEEK 复合材料的制备 将质量分数25％表面改性后的 PT W 和15％ PTFE 分别加到 PEEK 粉末中‚机械搅拌混合均匀‚ 350℃下8MPa 保温60min 热压成型‚制备不同的 实验样品．加工后的样品和对偶材料（45＃钢）在实 验前用800号金相砂纸打磨到平均粗糙度 Ra ＝ 0∙2μm‚丙酮清洗干燥． 1∙4 接触角的测定 20℃ 下用粉末压片法‚利用上海中晨公司 JC2000A 静滴接触角／界面张力测量仪‚测定极性和 非极性介质在压片上的接触角．仪器测量用去离子 水液滴容积为0∙5μL‚测量精度0∙5°． 1∙5 摩擦磨损实验 利用 MPX－2000型磨损实验机双环形式（河北 宣化）‚考察不同载荷条件下‚改性 PT W 填充 PEEK 复合材料的摩擦磨损性能．实验条件：室温‚相对湿 度50％～55％‚速度1∙4m·s －1‚时间120min．正式 测试前‚先进行20min 磨合．磨损率由磨损失重（精 度为0∙1mg）计算而得‚摩擦因数由电脑在线采集 摩擦力矩计算获得‚取后60min 内平均值．实验结 果取三次的平均值． 2 结果与讨论 2∙1 接触角测量 表1给出了 PT W 改性前后水在其上的接触 角‚未改性 PT W 的接触角很小（只有5∙5°）‚改性后 PT W 的接触角均有不同程度的提高‚其中氟表面活 性剂 FSO 改性后最大（72°）．一般来说‚水接触角的 提高说明改性后粉体表面能降低‚根据相似相容原 则‚有利于其在低表面能树脂中的分散［9］．显微镜 下发现分散性以 FSO 和溶胶－凝胶改性 PT W 比较 好‚NDZ－102改性后 PT W 仍有少量团聚． 表1 不同改性前后 PTW 表面的水接触角 Table1 Water contact angles of various modified PTW （°） 名称 未处理 PT W PT W （溶胶－凝胶） PT W （NDZ－102） PT W （FSO） 接触角 5∙5 22 45 72 2∙2 摩擦磨损性能 表2给出了 PEEK 及其复合材料摩擦磨损性 能．可以看出‚PTFE 的加入同时降低了 PEEK 的 摩擦因数和磨损率‚与文献 ［3］ 结果相一致．FSO 改性的 PT W 可以进一步降低 PTFE／PEEK 复合材 料的磨损率‚提高耐磨性1∙46倍‚是纯 PEEK 的 2∙12倍‚而对复合材料的摩擦因数的影响较小． 表2 PEEK 及其复合材料摩擦磨损性能（100N‚1∙4m·s －1） Table2 Friction and wear rate of PEEK composites （100N‚1∙4m· s －1） 名称 纯 PEEK PTFE／ PEEK PT W（FSO）／ PTFE／PEEK 摩擦因数 0∙15 0∙127 0∙132 磨损率／（10－9cm 3·N －1·m －1） 5∙05 3∙469 2∙382 图1及图2是 PT W 不同改性后 PEEK 复合材 料摩擦因数和磨损率随着载荷的变化关系．相比于 未改性 PT W 而言‚在各个载荷下‚改性后 PT W 填 充 PEEK 复合材料的摩擦因数均得到降低（图1）‚ 图1 不同改性 PTW 填充 PEEK 复合材料的摩擦因数比较 Fig．1 Friction coefficients of PEEK composites filled with various modified PTW 图2 不同改性 PTW 填充 PEEK 复合材料的磨损率比较 Fig．2 Wear rate of PEEK composites filled with various modified PTW 其中以溶胶－凝胶改性最低．由图2可以看出‚ NDZ－102改性的 PT W 填充 PEEK 后复合材料的磨 损率明显增加；FSO 和溶胶－凝胶改性 PT W 后复合 材料的耐磨性均优于未改性前‚300N 下较未改性 的分别提高2∙64和2∙11倍．随着载荷的增大‚改 性后 PT W 填充 PEEK 耐磨性变化不明显；而未改 性前复合材料的磨损率成明显增加的趋势． 第2期 汪怀远等： 晶须表面改性及其填充聚醚醚酮摩擦学行为 ·183·