[发明专利]低磨耗含氟聚合物复合物

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2011年5月13日提交的美国临时专利申请61／486,068的权益，其全文以引用的方式并入本文用于所有的目的。

联邦资助

本发明是在政府支持下根据合同／批准号FA9550-04-1-0367(由AFOSRMURI颁发)进行的。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明的主题涉及复合材料，并且更具体地，物质的组合物，由其形成的低磨耗含氟聚合物复合体，以及制备所述复合体的方法。所述组合物包含含氟聚合物基质以及分散于其中的颗粒填料材料。

背景技术

许多含氟聚合物的低摩擦性能早已已知，并已导致这些材料作为低摩擦对的相对面之一或二者的应用。含氟聚合物对于多种应用而言是引人注意的，因为它们相对于多种多样的化学物质是相对惰性的，具有高熔点，并且一般是生物相容的。常常为可分散于液体或固体载体中的细分粉末形式的含氟聚合物也已被用作用于其它支承表面的润滑剂。

然而，已发现一般用作润滑剂和支承表面的已知含氟聚合物表现出非常差的耐磨性，这常常降低其低摩擦特性的有益效果以及其它期望的物理和化学性能。例如，可能不得不对包括由具有低耐磨性的材料制成的支承表面的操作机构给予经常的维护，常常涉及停工期和更换部件，以防止实际故障和潜在的灾难性后果。生产效率和机器利用率可能被不利地影响。在一些情况下，一些功能的关键性质排除了可能出故障的含氟聚合物支承表面的使用，而支持可能涉及其它损失的更昂贵的方法。

在广泛使用的聚合物聚四氟乙烯(PTFE)和硬质表面如金属的摩擦对的情况下，发现PTFE充当转移润滑剂。PTFE和面对的硬质表面之间的相对机械运动导致PTFE的转移层，也称为转移膜不断建立在硬质表面上，使得有效地直接支承接触在两个表面的PTFE之间。然而，只要转移层达到适当厚度，转移表面的薄片状部分就通常开始作为磨屑折断。随着机械运动的继续，附加的材料从块状PFTE构件转移，结果是作为附加的磨屑脱落，标志PTFE支承材料的较差的耐久性。

材料的滑动摩擦和耐磨特性经常由摩擦系数μ(有时称为滑动摩擦系数)和耐磨系数k定量指定。这些量常规地由以下公式定义：

μ=FdFn---(1)]]>

K=VFn×d---(2)]]>

其中F_d为物体经受施加在与运动方向正交的方向上的力F_n而移动所必须克服的摩擦阻力。V为除去的材料体积，并且d为经过磨耗暴露过程的总滑动距离。通常k以mm³／N-m为单位报告，然而μ固有地为无量纲比率。在许多情况下，发现初始高磨耗率伴随对应于相对恒定磨耗率的稳态性能，使得k的报告值通常是指稳态性能。理想的是，支承表面材料具有对应于低摩擦和良好耐磨性的低μ值和低k值。

材料耐磨性能的相关表征由所谓的PV限提供，由所述PV限表示压力乘以速度的值，其中支承对必须工作以提供可接受的性能。此类测试可常规地使用Falex环和块磨耗和摩擦测试机来实施。该设备和相关测试方案描述于ASTM测试方法D2714-94和G137-97中。一般来说，相对于旋转的金属环安装待测试的材料块，并以选定的测试压力相对于其进行加载。然后使所述环旋转，其中通过在测试前和其后的选定间歇处称量测试块来测定磨耗。Falex磨耗率可由以下公式计算：