聚氨酯弹性体(特别是CPU工艺)高性能化的一个关键点。使用PTFE(聚四氟乙烯)微粉作为耐磨剂来降低摩擦系数、提升耐磨性能,是一个非常有效且常用的方法。
一、核心原理:PTFE如何起作用?
PTFE微粉在聚氨酯体系中主要通过两个机制发挥作用:
转移膜机制(主要降低摩擦系数):
PTFE是已知的固体材料中摩擦系数最低的物质之一(对钢铁的动摩擦系数约0.04-0.15)。
在聚氨酯制品与对磨件(如金属、水泥)摩擦时,PTFE微粉会从基体中逐渐迁移到摩擦表面,形成一层极薄、致密且附着力强的PTFE转移膜。
这层膜将聚氨酯与对磨件之间的摩擦,转变为PTFE膜与PTFE膜之间的摩擦,从而显著降低整个摩擦副的摩擦系数和摩擦力,减少发热和粘滑现象(爬行现象)。
自润滑机制(提升耐磨性):
低摩擦系数本身就意味着磨损的减少。
同时,PTFE微粉在聚氨酯内部如同无数的“微型滚珠轴承”,改变了材料的磨损方式,从严重的“磨粒磨损”和“疲劳磨损”转变为轻微的“粘着磨损”。
这层润滑膜能有效防止尖锐磨粒对聚氨酯表面的刨削和切割,从而大幅提升耐磨寿命,通常能提升几倍到几十倍。
二、在CPU工艺中的添加与应用方法
CPU(浇注型聚氨酯)工艺对原料的含水量和杂质非常敏感,添加PTFE微粉需要特别注意工艺。
1.添加量:
推荐范围:0.5%~3%(相对于预聚体或组合料的总重量)。
低量(0.5%-1.5%):主要用于降低动静摩擦系数,改善表面滑爽性,抗粘附。
高量(2%-3%):在要求极低摩擦和极高耐磨的场合使用(如高性能轴承、无油润滑部件)。超过3%通常对性能提升不再明显,反而会开始损害聚氨酯本体的力学性能(如拉伸强度、撕裂强度)。
2.添加工艺(关键步骤):
方法A(推荐):与预聚体混合
预处理:将PTFE微粉在真空烘箱中于100-120℃下干燥2-4小时,彻底去除微量水分。(这一步至关重要,CPU怕水!)
混合:将计量好的、已降温的预聚体(A组分)投入搅拌釜中,在低速搅拌下(避免卷入过多气泡),缓缓加入干燥后的PTFE微粉。
分散:提高转速,进行高速剪切分散(必要时可抽真空脱泡),确保PTFE微粉均匀分散在预聚体中,无肉眼可见的团聚颗粒。这个过程需要30分钟到1小时。
后续:将混合好的“预聚体+PTFE”物料在真空下脱泡至无气泡,然后再与固化剂(B组分)按比例混合浇注。
在CPU浇筑聚氨酯中添加粒径适中(5-20μm)、经过充分干燥的PTFE微粉,是提升材料摩擦学性能的极佳策略。
成功的关键在于:正确的选型、严格的干燥预处理、高效的分散工艺以及合理的添加量。建议先从1%的添加量开始进行实验,通过摩擦磨损试验机(如Taber磨耗、往复摩擦试验机)对比测试效果,逐步优化配方和工艺,以达到产品的最佳性能要求。