Page 64 - 《摩擦学学报》2021年第4期

第 4 期 王超, 等: γ射线辐照聚四氟乙烯复合材料的结构和摩擦磨损性能研究 507

表1~表2 列出了不同剂量辐照前后PTFE、PTFE/ 5.9%，3 000 Gy剂量时降低至辐照前的2.2%；相比之

POB材料的DSC结果及计算得到的分子量和结晶度. 下，PTFE/POB材料的分子量下降趋势较缓慢，在1 000 Gy
可以看出，随着辐照剂量的增大，PTFE、PTFE/POB材 剂量下，分子量降低至辐照前的20%，3 000 Gy剂量时
料的分子量明显降低，结晶度显著增大. 相比之下， 降低至辐照前的6.2%. 由此可见，相比纯的PTFE材
PTFE材料的结晶度增大更为明显，辐照前其结晶度 料，POB的加入很大程度上提高了PTFE的抗辐照能
仅 为 29.63%， 3 000Gy剂 量 辐 照 后 结 晶 度 增 大 至 力，使得PTFE分子链断裂程度和再结晶化能力弱于
67.43%. 结晶度的增大使得PTFE材料在升温过程中 纯的PTFE，因此，XRD结果中PTFE/POB材料的结晶

的熔融温度由328.2 ℃增大为333.8 ℃，同时在降温过 特征峰偏移量(见图2)，以及DSC测试结果中的熔点和
程中的结晶温度由312.9 ℃降至308.2 ℃，而PTFE/ 结晶温度偏移量(见表2)，并不如PTFE材料显著.
POB材料在升温过程中的熔融温度由328.7 ℃增大为
332.0 ℃，在降温过程中的结晶温度由311.8 ℃降至
1.0 PTFE
[2]
309.3 ℃. 该结果与文献中报道的一致 ，γ射线辐照 PTFE/POB
下，PTFE分子链极易发生断裂，一方面使得无定形区
PTFE分子链间缠结程度下降，形成的小分子链自发
地形成结晶相，结晶度增大. 另一方面，原本存在的结 PTFE molecular weight 0.2
晶区内分子链的断裂会导致结晶区内缺陷增多，导致
分子链间排列较为疏松，故在XRD分析结果中表现出
晶面间距增大.
0.0
Unirradiated 1 000 Gy 1 500 Gy 2 200 Gy 3 000 Gy

表 1 不同剂量γ射线辐照前后PTFE材料的热性能结果 Fig. 5 Changes of PTFE molecular weight of PTFE and
Table 1 Thermal properties of initial and irradiated PTFE PTFE/POB after different doses of irradiation
as a function of absorbed dose 图 5 不同剂量辐照后PTFE、PTFE/POB材料内
PTFE分子量的变化趋势
Irradiation
△T m /℃ △H m /(J/g) △T c /℃ △H c /(J/g) X DSC /% M n /(kg/mol)
dose/Gy
Unirradiated 328.2 24.3 312.9 25.87 29.63 1 749 2.3 拉伸性能
1 000 330.9 42.08 309.8 44.75 51.32 103 对辐照前后PTFE、PTFE/POB材料的进行拉伸性
1 500 330.4 43.97 310.3 43.95 53.62 114
能测试，结果列于表3中. 可以看出，相比未辐照样品，
2 200 331.5 41.17 309.7 44.12 50.21 111
3 000 333.8 55.29 308.2 54.19 67.43 39 辐照剂量使得PTFE和PTFE/POB材料的拉伸强度明
显降低，即使1 000 Gy的辐照剂量便可使拉伸强度下

表 2 不同剂量γ射线辐照前后PTFE/POB 降约50%. 该结果与图5中PTFE分子量的降低趋势基
材料的热性能结果 本一致. 辐照作用下PTFE分子链被剪断，分子链间缠
Table 2 Thermal properties of initial and irradiated
绕程度降低，有效减弱了分子链间的相互作用，从而
PTFE/POB as a function of absorbed dose
使得拉伸强度下降. 虽然按照已有文献报道，PTFE材
Irradiation
ΔT m /℃ ΔH m /(J/g) ΔT c /℃ ΔH c /(J/g) X DSC /% M n /(kg/mol) [13-14]
dose/Gy 料的拉伸强度会随结晶度的增大而增大 ，但显然，
Unirradiated 328.7 22.5 311.8 25.01 27.44 2 082 在本试验中，PTFE分子量的明显降低使得其对于拉
1 000 329.2 34.30 310.8 34.13 41.82 419
1 500 331.1 40.27 310.0 41.19 49.11 159
表 3 不同剂量辐照后PTFE/POB材料的拉伸性能结果
2 200 329.9 41.77 310.6 45.26 50.94 98
Table 3 Tensile properties of initial and irradiated
3 000 332.0 38.56 309.3 42.84 47.02 130
PTFE/POB as a function of absorbed dose

Tensile strength/MPa Elongation at break/%
为进一步揭示辐照对PTFE分子链的破坏程度， Irradiation dose/Gy PTFE PTFE/POB PTFE PTFE/POB
以未辐照样品的分子量按100%计，将表1~表2中PTFE、 Unirradiated 35.22 23.25 373 360
1 000 18.31 11.21 407 150
PTFE/POB材料的分子量随辐照剂量的变化作图，如
1 500 17.79 10.36 393 120
图5所示. 可以看出，辐照后PTFE材料的分子量下降 2 200 15.85 10.68 363 30
明显，在1 000 Gy剂量下，分子量便降低至辐照前的 3 000 12.83 10.32 283 40