聚氨酯彈性體(特別是CPU工藝)高性能化的一個關鍵點。使用PTFE(聚四氟乙烯)微粉作為耐磨劑來降低摩擦系數、提升耐磨性能,是一個非常有效且常用的方法。
一、核心原理:PTFE如何起作用?
PTFE微粉在聚氨酯體系中主要通過兩個機制發揮作用:
轉移膜機制(主要降低摩擦系數):
PTFE是已知的固體材料中摩擦系數最低的物質之一(對鋼鐵的動摩擦系數約0.04-0.15)。
在聚氨酯制品與對磨件(如金屬、水泥)摩擦時,PTFE微粉會從基體中逐漸遷移到摩擦表面,形成一層極薄、致密且附著力強的PTFE轉移膜。
這層膜將聚氨酯與對磨件之間的摩擦,轉變為PTFE膜與PTFE膜之間的摩擦,從而顯著降低整個摩擦副的摩擦系數和摩擦力,減少發熱和粘滑現象(爬行現象)。
自潤滑機制(提升耐磨性):
低摩擦系數本身就意味著磨損的減少。
同時,PTFE微粉在聚氨酯內部如同無數的“微型滾珠軸承”,改變了材料的磨損方式,從嚴重的“磨粒磨損”和“疲勞磨損”轉變為輕微的“粘著磨損”。
這層潤滑膜能有效防止尖銳磨粒對聚氨酯表面的刨削和切割,從而大幅提升耐磨壽命,通常能提升幾倍到幾十倍。
二、在CPU工藝中的添加與應用方法
CPU(澆注型聚氨酯)工藝對原料的含水量和雜質非常敏感,添加PTFE微粉需要特別注意工藝。
1.添加量:
推薦范圍:0.5%~3%(相對于預聚體或組合料的總重量)。
低量(0.5%-1.5%):主要用于降低動靜摩擦系數,改善表面滑爽性,抗粘附。
高量(2%-3%):在要求極低摩擦和極高耐磨的場合使用(如高性能軸承、無油潤滑部件)。超過3%通常對性能提升不再明顯,反而會開始損害聚氨酯本體的力學性能(如拉伸強度、撕裂強度)。
2.添加工藝(關鍵步驟):
方法A(推薦):與預聚體混合
預處理:將PTFE微粉在真空烘箱中于100-120℃下干燥2-4小時,徹底去除微量水分。(這一步至關重要,CPU怕水!)
混合:將計量好的、已降溫的預聚體(A組分)投入攪拌釜中,在低速攪拌下(避免卷入過多氣泡),緩緩加入干燥后的PTFE微粉。
分散:提高轉速,進行高速剪切分散(必要時可抽真空脫泡),確保PTFE微粉均勻分散在預聚體中,無肉眼可見的團聚顆粒。這個過程需要30分鐘到1小時。
后續:將混合好的“預聚體+PTFE”物料在真空下脫泡至無氣泡,然后再與固化劑(B組分)按比例混合澆注。
在CPU澆筑聚氨酯中添加粒徑適中(5-20μm)、經過充分干燥的PTFE微粉,是提升材料摩擦學性能的極佳策略。
成功的關鍵在于:正確的選型、嚴格的干燥預處理、高效的分散工藝以及合理的添加量。建議先從1%的添加量開始進行實驗,通過摩擦磨損試驗機(如Taber磨耗、往復摩擦試驗機)對比測試效果,逐步優化配方和工藝,以達到產品的最佳性能要求。