磨損是工業(yè)領(lǐng)域及日常生活中的常見現(xiàn)象,究其原因主要由磨粒磨損,粘著磨損(膠合磨損),疲勞磨損(點蝕磨損),腐蝕磨損等導(dǎo)致;其中,高分子材料的磨損過程相對于金屬材料來說幾乎不涉及摩擦導(dǎo)致的材質(zhì)氧化以及電化學(xué)腐蝕;
高分子材料磨損在實踐中主要有涂料漆膜的耐磨性保護、橡膠制品以及油墨領(lǐng)域的耐磨性保護,以二硫化鉬、石墨以及微粉蠟和PTFE為代表的固體潤滑劑都發(fā)揮了不可替代的作用,但相對而言二硫化鉬、石墨顏色較深,在實踐中有明顯短板,相對而言,微粉蠟&PTFE應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛且性能優(yōu)異;

已知高分子材料的磨損機理主要是磨粒磨損和粘著磨損:
磨粒磨損指在摩擦過程中,由于硬顆?;蚰Σ粮北砻娴挠参⑼贵w對固體表面擠壓和表面運動所引起的摩擦損失或材料流失;
粘著磨損又稱咬合磨損,指滑動摩擦?xí)r摩擦副接觸面局部發(fā)生粘著,在隨后相對滑動中粘著處被破壞,有磨損屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。
工程塑料是一種可替代金屬制造機器零部件的塑料,具有優(yōu)良的綜合性能,其熱性能對材料的耐磨性有重要影響。在實際應(yīng)用中,由于高分子材料相對于金屬材料具有導(dǎo)熱性較差的特性,導(dǎo)致其在實際摩擦過程中產(chǎn)生的熱量局部堆積,易于達到工程塑料的熔點或軟化點,導(dǎo)致摩擦副接觸面局部發(fā)生粘著,使得在相對滑動中粘著點被破壞,進而產(chǎn)生粘著磨損,其在電鏡下多表現(xiàn)為魚鱗狀。

隨著對摩擦學(xué)的深入研究,為了減少摩擦導(dǎo)致的經(jīng)濟損失,人們發(fā)現(xiàn)固體潤滑劑如PTFE微粉、石墨、二硫化鉬等的加入,在摩擦發(fā)生時,由于固體潤滑劑可顯著降低接觸面的摩擦系數(shù),尤其PTFE的動、靜摩擦系數(shù)均<0.1,摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量由此也會顯著減少,進而導(dǎo)致粘著磨損程度降低。當(dāng)PTFE的添加量繼續(xù)增加時,摩擦面之間的轉(zhuǎn)移膜變得比較光滑,摩擦副表面的硬微凸體PTFE對接觸面的擠壓或滑動刮擦磨損,此時為磨粒磨損,在電鏡下多表現(xiàn)為犁溝或磨屑。

國內(nèi)每年因為磨耗造成的經(jīng)濟損失數(shù)以億計,尤其是工程塑料領(lǐng)域,為了減少此類損失,目前改性耐磨工程塑料領(lǐng)域多以PTFE、超高分子聚乙烯、石墨以及片狀二硫化鉬為潤滑劑,其中石墨及二硫化鉬的耐磨原理是由于其特有的片狀結(jié)構(gòu),但由于二者特有的顏色較深的缺點,導(dǎo)致二者只能應(yīng)用于黑色或灰色的工程塑料產(chǎn)品中,而PTFE及高分子聚乙烯由于為純白色,因此能很好的解決這個問題。

化學(xué)穩(wěn)定性:PTFE分子外圍是鍵合力極強的、具有優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性的氟原子,它們將易受化學(xué)侵襲的碳鏈骨架嚴(yán)密的包裹起來。使得聚合物主鏈幾乎不受任何試劑的侵襲,所以PTFE具有突出的化學(xué)穩(wěn)定性,具有優(yōu)異的耐腐蝕、耐氧化性能。
熱穩(wěn)定性:在PTFE大分子中,C—F鍵能較大,C—C鍵四周被氟原子包裹,不易受其它原子的侵襲。雖然當(dāng)溫度到達200℃時就有痕量的小分子分解逸出,但從200℃到375℃,其分解非常極慢,分解量非常極少,因此幾乎忽略不計。
面不粘性:固液界面接觸角決定液體對固體表面的粘附功的大小,接觸角越大,黏附功就越小,液體越易于從脫離固體表面,其潤濕性越差;由于PTFE大分子間相互引力小,其表面對其他分子的吸引力也很小,其臨界表面張力為1.85x10-2 N/m,是目前已知材料中最大的,導(dǎo)致PTFE難以被普通液體潤濕,表面不粘性很低。
低摩擦性:微觀上PTFE具有螺旋形構(gòu)象,C—C主鏈的外圍完全被氟原子外殼覆蓋,構(gòu)成完整的圓柱體構(gòu)象,使得PTFE分子間作用力較為微弱,輔以螺旋形分子構(gòu)型,使得PTFE分子之間很容易滑動,導(dǎo)致PTFE的摩擦系數(shù)<0.1,是所有高分子材料最低的。
此外,作為固體潤滑劑,PTFE微粉在實踐中還有以下顯著特點:由于PTFE超高的耐溫性能,因此從超低溫到其熔點327℃的數(shù)百攝氏度的范圍內(nèi),其摩擦系數(shù)幾乎保持不變,且動、靜摩擦系數(shù)均小于0.1,只有當(dāng)制品表面溫度高于327℃時,其摩擦系數(shù)才開始顯著變大;
當(dāng)工程塑料制品在較高載荷且高速滑動作用力下,PTFE的動摩擦系數(shù)依然小于0.1;
PTFE材料的靜摩擦系數(shù)小于動摩擦系數(shù),使得其制品從靜態(tài)到動態(tài)的啟動非常順滑,此外,PTFE與金屬制品之間的摩擦系數(shù)低至0.07~0.14,且自摩擦系數(shù)更低,接近于冰的自摩擦系數(shù);
以上幾點決定了PTFE是一種接近完美的固體耐磨潤滑材料。