环境介质对UHMWPE纤维织物复合材料摩擦学性能的影响

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维织物复合材料在干摩擦及在海水、机械油介质中的摩擦磨损性能,并采用扫描电子显微镜对其磨损表面和摩擦对偶表面进行观察和分析。结果表明,海水和机械油可以分别在对偶表面形成软质薄膜和润滑膜,起到了减摩作用;同时,水分子和油分子会渗入到复合材料内部,降低纤维与树脂间的黏接强度,导致复合材料抗磨性能的降低。     

臭氧刻蚀改性Nomex/PTFE织物复合材料界面性能及摩擦学性能*

为提高Nomex/PTFE混编织物增强复合材料的界面性能和摩擦学性能,选用臭氧刻蚀改性方法对Nomex纤维和PTFE纤维进行表面改性,采用扫描电子显微镜（SEM）、接触角测定仪和能谱仪（EDS）研究臭氧刻蚀时间下纤维的表面形貌和官能团变化,采用多试件摩擦磨损试验机测试Nomex/PTFE织物复合材料的摩擦学性能,采用SEM和能谱仪（EDS）表征复合材料和对偶的磨损面。结果表明：臭氧刻蚀能够明显改变Nomex纤维和PTFE纤维的表面形貌,提高纤维的亲水性和与树脂的黏接性能,但会降低其力学性能;臭氧刻蚀处理后复合材料的界面性能和耐磨损性能有所提高,最优处理时间为1 h,磨损率可降低16.7%～20%。原因在于纤维表面粗糙度和含氧官能团的增加有利于提高纤维与树脂的界面结合强度,并减少作用力在材料界面上的应力集中效应。     

高承载下自润滑纤维织物复合材料摩擦磨损性能研究

采用轴-瓦式摩擦磨损试验机研究高载荷条件下自润滑纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;利用扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料以及对偶轴套磨损表面的形貌,并分析探讨摩擦磨损机制。结果表明：自润滑纤维织物复合材料能够承受载荷400 MPa、摆动次数25 000次的摩擦磨损试验,且摩擦磨损性能与载荷有明显的相关性;其摩擦因数随着载荷的增加而变小,磨损深度随着载荷的增加而变大;低载荷条件下,其磨损机制以黏着磨损为主,高载荷条件下,磨损机制以磨粒磨损为主。     

纳米锌填充超高分子量聚乙烯复合材料微动摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备不同含量纳米锌填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用微动摩擦磨损试验机研究干摩擦条件下纳米锌含量对复合材料微动摩擦磨损性能的影响。利用场发射扫描电子显微对复合材料断面进行分析,采用扫描电子显微镜对材料磨损表面及钢球进行表征,探讨复合材料的磨损机制。研究结果表明:随着纳米Zn含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均表现为先降低后升高;当纳米Zn质量分数为1%时复合材料具有最低的摩擦因数和磨损率,且对偶钢球表面形成连续的转移膜;复合材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。添加锌纳米颗粒,可以提高UHMWPE复合材料的微动摩擦磨损性能,当纳米锌质量分数为1%时,复合材料具有最低的摩擦因数和最优的耐磨损性能。     

高承载下自润滑纤维织物复合材料摩擦磨损性能

采用轴-瓦式摩擦磨损试验机研究高载荷条件下自润滑纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;利用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料以及对偶轴套磨损表面的形貌,并分析探讨摩擦磨损机制。结果表明:自润滑纤维织物复合材料能够承受载荷400 MPa、摆动次数25 000次的摩擦磨损试验,且摩擦磨损性能与载荷有明显的相关性;其摩擦因数随着载荷的增加而变小,磨损深度随着载荷的增加而变大;低载荷条件下,其磨损机制以黏着磨损为主,高载荷条件下,磨损机制以磨粒磨损为主。     

纳米氧化锌和石墨填充聚酰亚胺摩擦学性能研究

采用M-2000型摩擦磨损试验机考察单一纳米氧化锌(ZnO)和石墨以及二者复合填充聚酰亚胺(PI)复合材料在干摩擦下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜分析PI复合材料及其对偶件磨损表面形貌状况。结果表明,填充纳米ZnO后,PI复合材料的摩擦学性能变差,填充石墨后,PI复合材料摩擦学性能显著改善;而复合填充纳米ZnO和石墨后PI复合材料的摩擦学性能最佳,即二者存在明显的协同效应。PI复合材料的摩擦磨损性能同其在偶件磨损表面形成的转移膜的性质密切相关,纳米ZnO能显著增强转移膜与对偶件的结合强度,不同PI复合材料呈现不同的磨损机制。     

碳纤维增强PI聚合物在海水润滑下的摩擦学性能研究

利用MCF 10耐海水腐蚀摩擦磨损试验机考察不同含量碳纤维（CF）增强的聚酰亚胺（PI）聚合物在海水润滑条件下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜（SEM）观察磨损表面形貌,分析材料磨损机制。结果显示,CF填料能够有效地提高PI在海水中的耐磨性,其耐磨性能随着CF添加量的增加先上升后下降,当CF体积分数为20%时,PI复合材料的抗磨性能最好,这是因为耐磨性好的CF承担了摩擦过程中的大部分载荷,抑制了PI的磨损;CF的加入增强了PI复合材料对对偶面的刮擦和犁耕作用,导致摩擦因数升高并出现较大幅度的振荡,不同CF添加量的PI复合材料的摩擦因数差不大;纯PI的磨损主要表现为黏着磨损和机械犁耕,CF增强PI的磨损主要是基体的磨粒磨损和填料的磨平和折断。     

碳纤维增强聚酰亚胺在海水润滑下的摩擦学性能

利用MCF-10耐海水腐蚀摩擦磨损试验机考察不同含量碳纤维(CF)增强的聚酰亚胺(PI)聚合物在海水润滑条件下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察磨损表面形貌,分析材料磨损机制。结果显示,CF填料能够有效地提高PI在海水中的耐磨性,其耐磨性能随着CF添加量的增加先上升后下降,当CF体积分数为20%时,PI复合材料的抗磨性能最好,这是因为耐磨性好的CF承担了摩擦过程中的大部分载荷,抑制了PI的磨损;CF的加入增强了PI复合材料对对偶面的刮擦和犁耕作用,导致摩擦因数升高并出现较大幅度的振荡,不同CF添加量的PI复合材料的摩擦因数差不大;纯PI的磨损主要表现为黏着磨损和机械犁耕,CF增强PI的磨损主要是基体的磨粒磨损和填料的磨平和折断。     

聚酰亚胺复合材料与不同金属间干滑动时的摩擦学性能

采用MPX-2000型摩擦磨损试验机研究了聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料在干滑动摩擦条件下与45钢、镍铬合金、铜和铝对磨时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了复合材料及对偶件的磨损表面形貌。结果表明:复合材料与铝对磨时的摩擦因数和磨损率最低,分别约为与钢摩擦时的43%和49%;摩擦后铝表面形成均匀连续的转移膜,45钢、镍铬合金和铜的表面没有形成有效转移膜,因此复合材料的摩擦因数较大;复合材料与不同金属材料摩擦时的磨损机理主要是粘着磨损与疲劳磨损。     

表面改性硅灰石纤维填充PTFE复合材料的摩擦学性能

用KH550硅烷偶联剂表面改性的硅灰石纤维(WF)填充PTFE,在MPX-2000型磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能,并与经典的炭纤维(CF)填充PTFE复合材料进行比较。采用SEM对磨损面和对偶面进行分析。结果表明:较高载荷(200和300 N)下复合材料摩擦因数随WF含量变化的幅度不大,较稳定地维持在较低值;细小尺寸WF填充PTFE复合材料的耐磨性能较好,在WF质量分数为10%时,复合材料的磨损量只有相同含量CF填充PT-FE复合材料的81%;细小尺寸WF填充PTFE复合材料的磨损面较为平整,存在轻微黏着磨损,其对偶面转移膜平整光滑、结构致密;而CF/PTFE复合材料磨损面存在许多裸露和碎断的CF,犁削和磨粒磨损是主要的磨损形式。     

碳纤维增强杂萘联苯聚醚砜酮复合材料的摩擦学性能研究

利用MRH-03型环-块摩擦磨损试验机研究不同碳纤维含量的聚醚砜酮(PPESK)基复合材料的摩擦磨损性能,讨论载荷、速度及润滑介质对质量分数10%碳纤维增强复合材料摩擦磨损性能的影响,并用SEM观察材料的断面形貌和磨损表面形貌。结果表明：适量碳纤维的加入可以明显提高材料的摩擦磨损性能,并使得复合材料干摩擦条件下的磨损机制由严重的磨粒磨损和黏着磨损转变为黏着磨损和轻微的磨粒磨损。以质量分数10%碳纤维增强的复合材料为例,随着载荷的增加复合材料在干摩擦条件下的摩擦因数降低,而磨损率先降低后增加,在高滑动速度下复合材料的摩擦因数降低而磨损率增加;而海水润滑介质的加入大大降低了材料的摩擦因数和磨损率,并使得复合材料的磨损机制由干摩擦条件下的黏着磨损和轻微的磨粒磨损转变为轻微的磨粒磨损。     

防冻液环境下PPS复合材料与不同配副材料的摩擦学行为

采用热压成型法制备短切碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)复合材料,研究汽车专用防冻液环境中复合材料与4Cr13不锈钢、SiC陶瓷和Al2O3 陶瓷配副在不同载荷下的摩擦磨损性能;考察摩擦副在防冻液中的润湿性与耐腐蚀性;利用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及对偶件磨损面进行观察,结合磨损面EDS和XRD分析探究材料的摩擦磨损机制。结果表明：防冻液环境中,SiC陶瓷耐腐蚀性能最强,Al2O3 陶瓷润湿性最好;在相同载荷下与4Cr13配副时复合材料的磨损率最低,但摩擦因数随载荷的增大上升最快,对偶件磨损率最大且磨粒磨损严重;与SiC或Al2O3配副时复合材料摩擦面呈现研磨特征;在相同载荷下与Al2O3 配副时复合材料磨损率最大,磨屑向对偶件表面沉积,与SiC配副时复合材料摩擦因数最小且对偶件磨损率最小。因此PPS复合材料与SiC配副宜作为防冻液环境下长耐久滑动轴承的优选材料。     

碳纤维增强杂萘联苯聚醚砜酮复合材料的摩擦学性能

利用MRH-03型环-块摩擦磨损试验机研究不同碳纤维含量的聚醚砜酮(PPESK)基复合材料的摩擦磨损性能,讨论载荷、速度及润滑介质对质量分数10%碳纤维增强复合材料摩擦磨损性能的影响,并用SEM观察材料的断面形貌和磨损表面形貌。结果表明:适量碳纤维的加入可以明显提高材料的摩擦磨损性能,并使得复合材料干摩擦条件下的磨损机制由严重的磨粒磨损和黏着磨损转变为黏着磨损和轻微的磨粒磨损。以质量分数10%碳纤维增强的复合材料为例,随着载荷的增加复合材料在干摩擦条件下的摩擦因数降低,而磨损率先降低后增加,在高滑动速度下复合材料的摩擦因数降低而磨损率增加;而海水润滑介质的加入大大降低了材料的摩擦因数和磨损率,并使得复合材料的磨损机制由干摩擦条件下的黏着磨损和轻微的磨粒磨损转变为轻微的磨粒磨损。     

石墨及纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学研究

研究了在碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)混杂纤维改性PTFE复合材料中添加石墨(Gr)的力学性能和摩擦磨损性能,探讨纤维及石墨的润滑协同效应.结果表明,纤维填料的加入使得复合材料的拉伸强度和伸长率有所降低,但大大提高了复合材料的硬度,石墨的加入能够降低摩擦因数,提高耐磨损性能.14? 9%GF 2%Gr复合材料具有较好的摩擦磨损性能,磨损表面(SEM)形貌较光滑,改变了纯PTFE的磨损机制,高载荷下耐磨损性能更突出.3种填料在PTFE基体中起到了很好的协同作用,综合性能较优异,具有一定的应用价值.     

PTFE三层复合材料摩擦过程的界面动态迁移

在面接触摩擦磨损试验机上考察了PTFE三层复合材料的摩擦磨损性能,观察了其摩擦过程转移膜形成的动态过程,分析了其摩擦磨损机制。结果表明:PTFE三层复合材料在与对偶钢件摩擦时,会在摩擦界面上发生界面迁移,导致在对偶件表面形成一层转移膜。界面迁移的动态过程是:转移膜的形成开始是由于微切削机制使得PTFE复合材料镶嵌于对偶件表面的凹坑和微沟槽处,进而在机械和摩擦化学的作用下得以生长变大,最后形成较完整的转移膜。转移膜在形成与长大过程中,始终伴随着局部脱落以及再修复的过程,在形成较完整的转移膜后处于动态平衡。摩擦过程中转移膜的形成可以有效地稳定摩擦因数,减小磨损。     

橡胶含量对混杂纤维增强橡胶基复合材料中低速摩擦学性能影响*

为探究橡胶含量对混杂纤维增强橡胶基复合材料中低速摩擦学性能的影响,在一种成熟橡胶基摩擦材料配方的基础上,通过调整配方中的橡胶含量,制备不同橡胶含量的混杂纤维增强橡胶基复合材料,对其进行力学性能、中低速下摩擦学性能进行测试,并通过观测不同试样摩擦表面的微观形貌,分析其摩擦磨损机制。结果表明：随着橡胶含量增加,复合材料的交联密度增大,复合材料硬度、密度呈先升高后降低的趋势;随着橡胶含量增加,复合材料的摩擦因数和摩擦因数稳定性呈先降低后升高再降低的趋势,质量磨损率呈先升高后降低的趋势;橡胶基复合材料在摩擦过程中存在黏着磨损和磨粒磨损,以黏着磨损为主。综合比较,橡胶质量分数为28%时,复合材料的摩擦因数适中、且动静摩擦因数接近,可有效抑制制动噪声产生。     

UHMWPE基复合材料在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能

采用模压烧结法制备了超高分子量聚乙烯(UnMWPE)/聚苯酯(Ekonol)复合材料;采用45#钢为摩擦对偶件的往复滑动式摩擦磨损试验机,在室温下测试了Ekonol含量对UHMWPE在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能影响,实验条件为:接触压力7.5 kN、滑动速度1.8 m/min、时间3 h;采用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了磨损机制.结果表明:填充加%Ekonol可以显著改善UHMWPE的摩擦磨损性能.与干摩擦条件相比,在油田污水条件下,UHMWPE基复合材料摩擦因数提高不明显,但磨损率明显增大;在干摩擦条件下,纯UHMWPE的磨损机制主要为粘着和犁沟效应,UHMWPE/Ekonol复合材料的磨损机制为粘着和疲劳,而在油田污水条件下UHMWPE/Ekonol复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳.     

钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料的摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备了钢纤维和硅酸铝纤维混杂增强陶瓷基复合材料,探讨了硅酸铝纤维含量对该复合材料摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料的磨损表面形貌,并分析了其磨损机理。结果表明:随硅酸铝纤维含量的增加,复合材料的摩擦因数增大;高温下复合材料的耐磨性能随硅酸铝纤维含量的增大而降低;未添加硅酸铝纤维复合材料的磨损形式主要表现为脆性脱落和疲劳磨损,并伴有磨粒磨损;添加了硅酸铝纤维的陶瓷基摩擦材料的磨损形式均以粘着磨损为主。     

油介质对聚四氟乙烯纤维织物自润滑复合材料摩擦学性能的影响

采用栓-盘式摩擦磨损试验机研究航空煤油和液压油介质对聚四氟乙烯纤维织物自润滑复合材料的摩擦磨损性能的影响;利用扫描电子显微镜(SEM)观察和分析复合材料磨损表面形貌,并分析探讨摩擦磨损机制。结果表明,油介质的存在可明显降低复合材料的耐磨性能和极限承载能力,其中液压油的影响更为显著;介质浸泡处理的复合材料在摩擦过程中,磨损形式由黏着磨损逐步过渡到疲劳磨损,并且界面结合强度降低,导致材料耐磨性能下降。     

PTFE基复合材料海水润滑下的摩擦学性能研究

研究碳纤维/聚四氟乙烯（CF/PTFE）、玻璃纤维/聚四氟乙烯（GF/PTFE）复合材料与氮化硅陶瓷配副在海水环境下的摩擦学性能与润滑机制,分析滑动速度对摩擦副海水润滑性能的影响规律。结果表明：在海水润滑条件下,随着滑动速度的增加,PTFE、CF/PTFE、GF/PTFE材料与Si3N4陶瓷配副时的摩擦学性能均有明显改善,摩擦因数与磨损率均呈显著降低的趋势,其中CF/PTFE复合材料表现出更为优异的摩擦学性能,在1 000 r/min滑动速度下摩擦因数低至0.026。磨损表面表征结果表明,在海水润滑条件下,PTFE基复合材料在摩擦过程中由于摩擦化学反应生成了润滑膜,可为摩擦副提供良好的润滑和减磨作用,从而减少摩擦磨损行为的发生。