影響摩擦系數(shù)的主要因素

1、影響摩擦系數(shù)的主要因素兩個物體之間的摩擦力與其法向壓力之比值為摩擦系數(shù)，有靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)之分。同一摩擦副在相同條件下，靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)的大小取決于摩擦種類、材料種類、摩擦面的粗糙度等條件，不同種類的摩擦系數(shù)大致如下：干摩擦系數(shù)為0.10.8，邊界摩擦系數(shù)為0.05一0.1；液體摩擦系數(shù)為0.001一0.1；滾珠摩擦系數(shù)為0.0010.03，滾柱摩擦系數(shù)為0.002一0.07影響摩擦系數(shù)的主要因素有：1：材料的性質(zhì)相同金屬或互溶性加大的金屬摩擦副容易發(fā)生粘著現(xiàn)象，使摩擦系數(shù)增大。不同金屬由于互溶性差，不易發(fā)生粘著，摩擦系數(shù)一般比較低。2：表面膜的存在基建在空氣中總有一層

2、氧化膜，可以使摩擦系數(shù)降低。3：速度和溫度的影響4：載荷的影響對大多數(shù)物質(zhì)來說，載荷的變化會直接影響到摩擦系數(shù)。5：振動的影響6：光潔度的影響材料的摩擦系數(shù)與溫度摘 要：本文介紹了溫度變化對材料摩擦系數(shù)的影響，并分析了實(shí)際應(yīng)用中對薄膜摩擦系數(shù)的實(shí)際檢測要求。 關(guān)鍵詞：摩擦系數(shù),溫度,粘滑1、摩擦系數(shù) 摩擦系數(shù)是對兩表面摩擦力的一種量度，它表征了材料的摩擦行為。薄膜表面的摩擦系數(shù)取決于薄膜表面的粘著性（表面張力和結(jié)晶度）、添加劑（爽滑劑、顏料等）、以及表面拋光。在進(jìn)行以下操作工序時需要嚴(yán)格控制材料的摩擦系數(shù)，如當(dāng)薄膜越過自由轉(zhuǎn)輥、袋成型、產(chǎn)品纏繞膜、以及包裝袋及其它容器的堆放。除了材料的內(nèi)部可變

3、因素能夠影響材料的摩擦系數(shù)，環(huán)境因素（如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度、溫度、靜電積累、以及濕度）也能影響摩擦系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果。 2、溫度對摩擦系數(shù)的影響 高分子材料分子運(yùn)動狀態(tài)的改變按照動力學(xué)的觀點(diǎn)稱作松弛。溫度升高時，一方面可提高各運(yùn)動單元的熱運(yùn)動能力，另一方面由于熱膨脹，分子間距離增加，即高聚物內(nèi)部的自由體積增加，這就增大了各運(yùn)動單元活動空間，有利于分子運(yùn)動，使松弛時間縮短，松弛過程加快。伴隨著高聚物的松弛，它的熱力學(xué)性質(zhì)、粘彈性能和其它物理性質(zhì)會發(fā)生急劇地改變。而材料的摩擦系數(shù)作為最常用的一項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)，同樣也受到了溫度升高的影響。一般來講， 隨著環(huán)境溫度的升高，材料表面的摩擦系數(shù)會有一定的變化，但變化的

4、大小因材料而異。 從圖 1 可以看出試驗(yàn)溫度的升高明顯影響了材料的摩擦系數(shù)，但對于不同的試樣，溫度的影響效果不同；而且對于同一試樣，隨溫度的上升，動摩擦系數(shù)的變化趨勢很可能也不同于靜摩擦系數(shù)。例如對于 PC 膜，靜摩擦系數(shù)隨溫度升高的增長趨勢比較穩(wěn)定，但動摩擦系數(shù)的變化趨勢的波動就很大，不過動摩擦系數(shù)的整體趨勢也是增長的。對于鋁箔復(fù)合膜，摩擦系數(shù)的增長趨勢就不如 PC 膜，而且其動摩擦系數(shù)隨溫度的上升基本保持穩(wěn)定。需要說明的一點(diǎn)是，在進(jìn)行 74以上的摩擦試驗(yàn)時，試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了明顯的粘滑現(xiàn)象，即滑動現(xiàn)象 是不平穩(wěn)的、間歇性的。 4、實(shí)際要求 在實(shí)際包裝過程中的摩擦力常常既是拖動力又是阻力，因此

5、必須有效地控制摩擦系數(shù)的大小，使它在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。自動包裝用卷材，一般要求內(nèi)層摩擦系數(shù)比較小，而外層摩擦系數(shù)適中。內(nèi)層摩擦系數(shù)不能過小，否則有可能引起制袋成型時疊料不穩(wěn)定而產(chǎn)生錯邊。外層摩擦系數(shù)太大會引起包裝過程中阻力過大致使材料拉伸變形，太小可能又會引起拖動機(jī)構(gòu)打滑造成電眼跟蹤和切斷定位不準(zhǔn)。內(nèi)層材料的開口劑和爽滑劑的含量以及薄膜的挺度、平滑度等因素都會影響復(fù)合膜摩擦系數(shù)的大小。在研究材料的摩擦系數(shù)時，應(yīng)特別注意溫度對摩擦系數(shù)的影響。如之前所述，溫度不同會導(dǎo)致摩擦系數(shù)的顯著變化，需要通過實(shí)際檢測獲得實(shí)測數(shù)據(jù)。某種材料的摩擦系數(shù)可能會隨著溫度的變化出現(xiàn)明顯的增長或減少，也可能保持了一定的數(shù)據(jù)穩(wěn)

6、定性。考慮到生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)溫度往往不能很好的控制在室溫附近，因此不僅要測量包裝材料在常溫下的摩擦系數(shù)，還應(yīng)考察在實(shí)際使用環(huán)境溫度下的摩擦系數(shù)。要完成這項(xiàng)試驗(yàn)，可以改變實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度（當(dāng)所需溫度與 室溫相差不大時還是可取的），也可以借助檢測設(shè)備的自控溫功能，如 Labthink FPT-F1 就可以將試驗(yàn)溫度控制在室溫到 99.9之間，方便試驗(yàn)操作。車制動摩擦片的常見問題的分析！制動摩擦片摩擦系數(shù)高低對制動的影響？制動摩擦片摩擦系數(shù)高低對制動的影響？制動摩擦片的摩擦系數(shù)過高或過低都會影響汽車的制動性能。尤其是汽車在高速行駛中需緊急制動時，摩擦系數(shù)過低就會出現(xiàn)制動不靈敏，而摩擦系數(shù)過高就會出現(xiàn)

7、輪胎抱死現(xiàn)象，進(jìn)而造成車輛甩尾和打滑，對行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，制動摩擦片的適宜工作溫度為100350。但許多劣質(zhì)制動摩擦片在溫度達(dá)到250時，其摩擦系數(shù)就會急劇下降，而此時制動就會完全失靈。一般來說，按照SAE標(biāo)準(zhǔn)，制動摩擦片生產(chǎn)廠商都會選用FF級額定系數(shù)，即摩擦額定系數(shù)為0.350.45。 制動摩擦片的壽命與硬度的關(guān)系是怎樣的？ 制動摩擦片的壽命與表面硬度并沒有一定的關(guān)系。但如果表面硬度高時，制動摩擦片與制動盤的實(shí)際接觸面積小，往往會影響使用壽命。而影響制動摩擦片壽命的主要因素包括硬度、強(qiáng)度、摩擦材料的磨損性等。一般情況下，前制動摩擦片的壽命為3萬km，后制動摩擦片的使用壽命為

8、12萬km。 制動時為什么會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象？ 往往是由于制動摩擦片或制動盤的變形造成的，這與制動摩擦片和制動盤的材質(zhì)、加工精度及使用受熱變形有關(guān)，其主要原因有制動盤厚薄不勻、制動鼓的圓度差、制動摩擦片的不均勻磨損，以及熱變形和熱斑等。除此之外，制動卡鉗的變形或安裝不當(dāng)，以及制動摩擦片的摩擦系數(shù)不穩(wěn)定也會引起制動時抖動。另外，如果制動摩擦片在制動時產(chǎn)生的振動頻率與懸掛系統(tǒng)產(chǎn)生共振時，也會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。 涉水后對制動性能的影響？ 由于涉水后制動摩擦片/蹄與制動盤/鼓之間有一層水膜，減小了摩擦力，會影響制動效果，而且制動鼓內(nèi)的水也不容易散出。 對于盤式制動器來說，這種涉水對于制動效果帶來的影響會低一些

9、，因?yàn)楸P式制動器的制動摩擦片接觸面積小，而且是暴露在外，不會存留水滴。在車輪轉(zhuǎn)動時由于離心力的作用，制動盤片上的水滴會很快散失，只要涉水后猛踩幾腳制動就會去除殘留的水層。 但對于鼓式制動器來說，在涉水后必須要邊走邊踩制動，即邊踩油門邊踩制動，連續(xù)幾次后可將制動蹄與制動鼓之間的水份蒸發(fā)掉，進(jìn)而恢復(fù)制動效果。 為什么制動時會產(chǎn)生噪聲？ 制動時噪聲的產(chǎn)生主要是由于懸掛系統(tǒng)相關(guān)部件的共振或相互干涉引起的。但也存在由于制動盤的材料使用不當(dāng)或變形，制動摩擦片的硬度、孔隙率、摩擦特性和壓縮特性不合格，制動摩擦片和制動盤受潮生銹（只需制動幾次即可恢復(fù)），制動摩擦片配方中的金屬絲太硬，制動摩擦片磨損程度報(bào)警，以

10、及機(jī)械式制動摩擦片刮盤等原因引起的噪聲或尖叫。 為什么新裝的制動摩擦片有制動偏軟的現(xiàn)象？ 在更換新的制動摩擦片后可能會出現(xiàn)制動偏軟的現(xiàn)象，其可能有原因有：制動摩擦片安裝不符標(biāo)準(zhǔn)，制動盤表面有污染而未清潔，制動管路存在故障或制動液不足，制動液壓缸內(nèi)排氣不徹底，制動盤過度磨損且表面不平整，以及制動摩擦片質(zhì)量不合格。 為什么會出現(xiàn)制動遲滯現(xiàn)象？出現(xiàn)制動遲滯的現(xiàn)象，可能原因有：制動器回位彈簧失靈，制動摩擦片與制動盤間隙不當(dāng)或裝配尺寸過緊，制動摩擦片熱膨脹性能不合格，以及駐車制動回位不良。 制動時冒煙是為什么？ 制動摩擦片中含有20左右的有機(jī)物，溫度過高時會發(fā)生分解并冒煙，并在摩擦片表面形成一層油狀物質(zhì)

11、，影響制動效果。而發(fā)生這種現(xiàn)象可能的原因有：在下坡時頻繁制動，引起溫度過高而冒煙；制動摩擦片的配方中有機(jī)物含量不合格，超標(biāo)。 制動摩擦片的背板為何會脫落？ 制動摩擦片的背板脫落有兩種情況，一是背板與摩擦材料之間產(chǎn)生裂紋；二是摩擦材料自身產(chǎn)生裂紋。而可能的原因有：背板的前期處理工藝差，摩擦材料的穩(wěn)定性差，壓制工藝不合格，粘合劑質(zhì)量差，使用溫度過高，不正確的安裝、撞擊和敲打。 制動摩擦片內(nèi)槽的作用？ 制動摩擦片內(nèi)槽的作用有排放氣體，降低噪音并改變產(chǎn)品固有頻率，排出磨屑，增強(qiáng)摩擦材料與背板的粘合程度。 做電磁閥耐高溫耐摩擦襯套極佳品質(zhì)，耐摩擦壽命比銅制襯套長2倍，并且不磨損軸，摩擦系數(shù)小（0.05）

12、，磨損率低（10的負(fù)15次方），現(xiàn)在供貨量大！增強(qiáng)摩擦纖維的選用慧聰網(wǎng)2006年11月23日9時59分1、鋼纖維 使用低碳鋼以及采取超聲波切削法生產(chǎn)出的鋼纖維含油量低、表面活性好、價格便宜，因此在半金屬基摩擦材料中得到廣泛應(yīng)用。鋼纖維最顯著的特點(diǎn)是導(dǎo)熱性能好。鋼纖維以其高導(dǎo)熱性能使局部表面熱量迅速擴(kuò)散至內(nèi)部，從而降低摩擦表面溫度，避免表面溫度過高，防止樹脂基體團(tuán)熱分解而導(dǎo)致材料磨損加劇，延長了制品的使用壽命。但鋼纖維制成的摩擦材料質(zhì)量大，容易銹蝕。用這種材料制成的離合器面片銹蝕后導(dǎo)致粘連，影響換檔分離，并導(dǎo)致傳動振動和抖動2。研究表明，加入一定量的鋅粉和氧化鈣等可以增強(qiáng)材料的防銹性能，而對摩擦

13、性能無明顯影響；鋼纖維和礦物纖維及有機(jī)纖維混雜使用可以進(jìn)一步降低材料的密度及改善制動噪聲2。目前，鋼纖維增強(qiáng)摩擦材料在我國多種汽車上進(jìn)行了應(yīng)用，反映較好。 2、玻璃纖維 玻璃纖維作為代用增強(qiáng)纖維的研究時間較長，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，產(chǎn)量較大，價格也相對比較便宜。玻璃纖維屬于無機(jī)硅酸鹽纖維，因而熱穩(wěn)定性較好。其表面處理工藝也得到了廣泛的研究，研制出多種偶聯(lián)劑，與樹脂親和性較好，因此在增強(qiáng)纖維摩擦材料中得到了一定的應(yīng)用。據(jù)國外報(bào)道，玻璃纖維增強(qiáng)的摩擦材料，其摩擦磨損性能良好3，但玻璃纖維增強(qiáng)材料對載荷、滑動速度及制動溫度等固素反應(yīng)較敏感。在重載房速及高溫下，摩擦系數(shù)變化明顯，不穩(wěn)定4。玻璃纖維用作摩擦

14、材料的增強(qiáng)纖維有一定的要求。玻璃纖維應(yīng)較柔軟，而含1530氯化鉀的玻璃纖維可使莫氏強(qiáng)度下降，使玻璃纖維變軟，認(rèn)為E玻璃纖維可以使用1。雖然說玻璃纖維能夠運(yùn)用在摩擦材料的增強(qiáng)材料中，但玻璃纖維有不足之處。硬度過高，磨損比石棉增強(qiáng)材料大；當(dāng)溫度超過800時易形成玻璃珠，而玻璃珠莫氏硬度更高，材料磨損量會進(jìn)一步增加；玻璃纖維增強(qiáng)材料的摩擦系數(shù)隨溫度有較大的變化，摩擦系數(shù)不穩(wěn)定。 3、碳纖維 碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐熱、耐磨、耐腐蝕及熱膨脹系數(shù)較小等許多優(yōu)點(diǎn)。碳纖維增強(qiáng)基體的（CC）復(fù)合摩擦材料在航空航天工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。碳纖維增強(qiáng)基體的航空剎車用復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、抗熱沖擊性好、摩擦系數(shù)

15、穩(wěn)定、使用壽命長等特點(diǎn)，是新一代的航空剎車副9、10。目前，國際上大多數(shù)軍用和民用干線飛機(jī)采均用碳纖維增強(qiáng)基體的復(fù)合材料剎車副。但用作一般民用的摩擦材料還存在以下障礙；碳碳復(fù)合材料制作工藝復(fù)雜成本很高，原材料價格也較高，產(chǎn)量有限?，F(xiàn)有的碳纖維一般為長纖維，而應(yīng)用于摩擦材料中的增強(qiáng)纖維一般是25mm的短纖維。這一點(diǎn)目前較難達(dá)到。碳纖維尤其是高模量石墨纖維的表面是惰性的，與樹脂的潤濕性、粘附性差，所以皮制備碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時，須對碳纖維表面進(jìn)行處理，以提高碳纖維與樹脂間的粘附強(qiáng)度。處理后碳纖維不但表面積增大，還能在表面生成活性基團(tuán)（如羰基、羧基、和羥基等），通過這些基團(tuán)使碳纖維與樹脂基體之間產(chǎn)生

16、化學(xué)鍵，從而提高界面強(qiáng)度。 4、有機(jī)纖維 芳綸（Kevlar）、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚酯纖維等可燃點(diǎn)高，高溫?zé)岱纸獠幻黠@，因而也可用作摩擦材料的增強(qiáng)纖維。有機(jī)纖維單獨(dú)作為增強(qiáng)纖維使用時，一般都要經(jīng)過表面處理，通常是把天然或合成的有機(jī)纖維放在非電解的處理液中，使纖維表面鍍上薄薄一層金屬1。經(jīng)過表面處理的有機(jī)纖維，既具有金屬纖維的優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)熱性好，耐磨等；又具有非金屬纖維的特點(diǎn)，如密度小，韌性好等。例如，較常用的芳綸（Kevlar-49）特點(diǎn)是強(qiáng)韌性好，彈性模量高，密度低，價格只相當(dāng)于碳纖維的1/3，其不足之處是由它所制成的復(fù)合材料的耐壓強(qiáng)度及彎曲疲勞握度不太好。研究表明，有機(jī)纖維可以提高材料

17、摩擦性能的穩(wěn)定性，明顯降低磨損量，對于降低制動噪聲也有明顯作用。但有機(jī)纖維在摩擦材料中的應(yīng)用還存在價格、表面處理、分散工藝等問題，有待進(jìn)一步研究。 5、礦物纖維 礦物纖維取材廣泛，且價格低廉，也逐步引起人們的注意。用價格便宜的礦物纖維取代石棉纖維將是摩擦材料研究的一個重要課題。礦物纖維也存在以下缺陷：一般合結(jié)晶水，高溫制動時易脫水，材料性能不太穩(wěn)定;質(zhì)量不穩(wěn)定;產(chǎn)品質(zhì)量受產(chǎn)地、產(chǎn)時的影響較大。如果選擇產(chǎn)量大、品位高的礦物纖維，調(diào)整摩擦材料配方后可取得較好效果。PTFE復(fù)合材料高溫摩擦磨損性能研究鄧聯(lián)勇 范 清 彭 兵 王 勇(廣州機(jī)械科學(xué)研究院 廣東廣州510700)摘要:研究了高溫條件下不同

18、填料填充的PTFE復(fù)合材料的摩擦磨損性能,并與常溫下的摩擦磨損性能進(jìn)行了比較.結(jié)果表明青銅粉,纖維填充的復(fù)合材料在高溫下表現(xiàn)出與常溫相反的摩擦磨損規(guī)律;碳類填充復(fù)合材料在不同溫度下則表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的規(guī)律;特種塑料改性的PTFE復(fù)合材料,具有極好的綜合性能.關(guān)鍵詞:PTFE;復(fù)合材料;摩擦磨損中圖分類號:TH11711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0254-0150(2008)8-098-4ResearchonTribologicalBehaviorsofPTFECompositesatHighTemperatureDengLianyong FanQing PengBing WangYong(Gu

19、angzhouMechanicalEngineeringResearchInstitute,GuangzhouGuangdong510700,China)Abstract:ThetribologicalbehaviorsofPTFEcompositesathightemperaturewasstudiedandcomparedwiththoseatnormaltemperature.Itisindicatedthatthecompositesfilledwithbronzepowderorfibersshowdifferentfrictionandwearpropertiesatnormala

20、ndhightemperature,thecompositesfilledwithcarbolicfillershavestabletribologicalbehaviorwhentemperaturechanges.Thecompositesfilledwithspecialplastichavebestcomprehensiveperformance.Keywords:PTFE;composites;frictionandwear聚四氟乙烯(PTFE)是一種性能優(yōu)異的固體自潤滑材料1-2,具有極低的摩擦因數(shù),良好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性,廣泛應(yīng)用于各行各業(yè).但純PTFE的硬度低,耐磨性較差,

21、機(jī)械強(qiáng)度低,在外力作用下有較大的粘彈性變形,易蠕變等3-6,這些缺點(diǎn)限制了PTFE的應(yīng)用.為了彌補(bǔ)PTFE物理性能上的不足,需要用不同填料與PTFE進(jìn)行復(fù)合,改善其硬度,耐磨耗性,蠕變性,熱傳導(dǎo)性等,從而獲得綜合性能良好的復(fù)合材料.目前,國內(nèi)外對PTFE復(fù)合材料的力學(xué)性能及常溫摩擦磨損性能報(bào)導(dǎo)較多,但對高溫下摩擦磨損性能鮮見有報(bào)導(dǎo).PTFE的實(shí)際使用性能以及最終壽命受到很多因素的影響,如產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),機(jī)加工精度,使用的環(huán)境(如壓力,溫度,介質(zhì)等)等.另外,材料本身性能也影響最終使用性能.使用PTFE復(fù)合材料時,材料的摩擦性能,耐磨性能,耐壓性能是材料設(shè)計(jì)時要首先考慮的因素.PTFE雖然是耐熱性的

22、高聚物,但仍會出現(xiàn)高溫軟化等高分子固有的特性,使得摩擦機(jī)制較為復(fù)雜,而添加填料后,使得高溫下的摩擦磨損性能更為復(fù)雜.常溫下的摩擦磨損性能,并不能完全真實(shí)地反映其高溫下性能以及實(shí)際使用的性能.因此采用常溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果與SRV高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析,更能揭示PTFE復(fù)合材料不同溫度下的性能差異.本文作者用炭類填料,青銅粉,玻璃纖維以及聚酰亞胺(PI),聚苯酯(EKONOL)等對PTFE進(jìn)行改性,并模擬無油往復(fù)式壓縮機(jī)工作環(huán)境,研究了各種復(fù)合材料的高溫摩擦磨損.1 實(shí)驗(yàn)與測試111 原材料及樣品制備實(shí)驗(yàn)所用的聚四氟乙烯原料為日本大金生產(chǎn),其它原料均為市購.實(shí)驗(yàn)所用的聚四氟乙烯復(fù)合材料的制備工藝

23、為:混料壓制燒結(jié)機(jī)加工砂紙打磨.實(shí)驗(yàn)所用的聚四氟乙烯復(fù)合材料配方見表1.表1 PTFE復(fù)合材料配方Table1 PTFEcompositesformula編號配方1#PTFE+PI+碳類填料2#PTFE+PI+碳類填料+特種纖維3#PTFE+PI+EKONOL4#PTFE+青銅粉+玻璃纖維5#(521#,522#,523#)PTFE+碳類填料(中等填充量)6#PTFE+碳類填料(高填充量)7#(721#,722#)PTFE+青銅粉8#(918)PTFE+玻璃纖維+特種纖維注:復(fù)合材料521#,522#,523#的填料含量依次增加,為國外產(chǎn)品;復(fù)合材料721#,722#分別為國外兩家著名公司產(chǎn)品

24、.112 測試儀器及測試條件在每次試驗(yàn)前,將樣品及對偶表面用丙酮棉球擦洗干凈,并在空氣中晾干.11211 MM2200摩擦磨損測試實(shí)驗(yàn)所用的MM2200摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)為宣化材料實(shí)驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn).其測試條件為:摩擦副:45#鋼環(huán);接觸方式:面接觸;運(yùn)動方式:旋轉(zhuǎn)式滑動摩擦;測試速度:0142m/s;測試溫度:常溫;測試時間:60min.磨損量以試驗(yàn)后樣品表面的磨痕寬度表征.摩擦因數(shù)按下式計(jì)算:=M/(FR)式中:M為摩擦力矩(N m);F為載荷(N);R為對磨環(huán)的半徑(m).磨損率按照下面公式計(jì)算5:Ws=V/(pL)V14bh/3h=R-(R2-b2/4)015式中:R為對偶環(huán)半徑(mm);b為磨

25、痕寬度(mm),磨痕寬度用精度為0101mm的讀數(shù)顯微鏡測得;V為磨損體積(mm3);p為載荷(N);L為滑行距離(m).11212 SRV高溫摩擦磨損測試實(shí)驗(yàn)所用的SRV2IV型高溫摩擦磨損儀為德國Optimol公司生產(chǎn).其測試條件為:摩擦副:灰鐵(HT200);接觸方式:面接觸;運(yùn)動方式:往復(fù)滑動摩擦;測試壓力:500N(517MPa);測試頻率:60Hz;行程:1500m;測試溫度:180;測試時間:60min.磨損量為樣品表面磨損深度(精確到011m),摩擦因數(shù)和磨損量均有計(jì)算機(jī)自動給出.2 結(jié)果與討論211 常溫摩擦磨損性能表2為各種PTFE復(fù)合材料的常溫摩擦磨損測試結(jié)果.可以看出,

26、幾乎所有填料均可大大降低PTFE復(fù)合材料的磨損,極大地提高PTFE復(fù)合材料的耐磨性,但卻不同程度上使得PTFE復(fù)合材料的摩擦因數(shù)增大.填料的加入能提高PTFE的耐磨性能,是因?yàn)樘盍系膭傂源?比PTFE更為耐磨,主要是以下3種機(jī)制或它們共同作用的結(jié)果.(1)由于填料顆粒具有較高的強(qiáng)度和剛度,填料優(yōu)先承受外界負(fù)荷,降低PTFE本體所受到的作用力,起到了支持負(fù)荷的作用,同時在正壓力的作用下,部分填料顆粒被重新嵌入PTFE基體中,減少了PTFE直接磨損和從表面抽出的機(jī)會,因而可以提高耐磨性能,如4#,7#復(fù)合材料.(2)填料在PTFE內(nèi)部形成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對PTFE產(chǎn)生了束縛作用,可以阻止PTF

27、E的形變位錯和分子鏈的運(yùn)動,從而提高耐磨性.如4#,8#配方中由于纖維類填料存在,對于機(jī)械混合的試樣來說,其中纖維的排列是雜亂無序的,在PTFE基體中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有效地減少PTFE的抽出.因而纖維類的減磨效果最佳,但纖維類填料會導(dǎo)致摩擦因數(shù)上升較大,且容易磨損金屬對偶件.(3)對轉(zhuǎn)移膜的影響.金屬填料促進(jìn)了PTFE復(fù)合材料向?qū)ε急砻娴霓D(zhuǎn)移,并增強(qiáng)了轉(zhuǎn)移膜與對偶表面間的粘附,使得轉(zhuǎn)移膜更穩(wěn)定地存在,從而大大降低復(fù)合材料的磨損現(xiàn)象.5#,6#碳類填料中的石墨則由于本身層狀結(jié)構(gòu),具有自潤滑效果.隨著摩擦作用的進(jìn)行,石墨也逐漸在摩擦表面形成潤滑膜,由于石墨潤滑膜存在,并與PTFE膜協(xié)同作用,因而可以

28、減少磨損.由于PTFE和石墨都具有優(yōu)良的自潤滑作用,因而添加有石墨的PTFE摩擦因數(shù)一般較低,但單純石墨填充的PTFE復(fù)合材料磨損性能較差,且不宜在高負(fù)荷條件下應(yīng)用.從表2結(jié)果來看,常溫下填充各種填料的PTFE復(fù)合材料的磨損性能差異不大(PI和PTFE復(fù)合材料較好),除了填料本身的特性外(不同填料適用于不同的氣氛),各種復(fù)合材料未能顯現(xiàn)更突出的優(yōu)勢,似乎可以互相代替使用.但對于PTFE復(fù)合材料而言,其更多應(yīng)用于溫度較高場合.如壓縮機(jī)中由于高992008年第8期鄧聯(lián)勇等:PTFE復(fù)合材料高溫摩擦磨損性能研究速運(yùn)動以及氣體的壓縮,使材料所處的環(huán)境溫度超過150甚至達(dá)到200.高溫下復(fù)合材料發(fā)生的變

29、化要更為復(fù)雜,常溫和高溫下摩擦磨損行為并不能完全等同,因此有必要研究PTFE復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能.212 高溫摩擦磨損性能高溫180時所研究的幾種復(fù)合材料的摩擦磨損性能如表3所示.由于測試環(huán)境溫度為180,再加上PTFE與金屬接觸產(chǎn)生相對運(yùn)動時的摩擦生熱,摩擦接觸點(diǎn)處溫度會繼續(xù)升高.PTFE雖然具有極大的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性,高的溫度不會增加它的化學(xué)活性,但會減弱分子間的范德華引力,導(dǎo)致分子間內(nèi)聚能下降,表面接觸區(qū)域附近材料抗剪切強(qiáng)度下降,加劇PTFE的磨損.因此高溫下的磨損機(jī)制更為復(fù)雜,不僅涉及到填料的耐磨性的增強(qiáng),也涉及到填料的導(dǎo)熱性能以及高溫下填料與PTFE的相容性.表3 高溫下PT

30、FE復(fù)合材料摩擦磨損性能注:最終磨痕深度包括了材料受壓變形量和磨損量,真實(shí)地反映了材料在一定壓力,經(jīng)過磨損后與材料表面產(chǎn)生的位移;相對磨損量,指的是不包括壓縮變形的磨損深度,單純地反映了材料的耐磨性能.21211 普通填料填充PTFE復(fù)合材料如圖1所示,為PTFE填充青銅粉,玻璃纖維,碳類填料等的摩擦磨損性能.從圖中可看出,3種高青銅粉填充的材料7#,721#,722#與其它復(fù)合材料高溫摩擦磨損性能差異極大.7#,721#,722#不僅磨損量,摩擦因數(shù)很大且隨著對磨的進(jìn)行呈上升趨勢.分析其原因,是由于金屬粉末本身就與PTFE的相容性不好,再加之填充量高,在高溫下PTFE就變軟,無法包含更多填料

31、,隨著摩擦的進(jìn)行,填料不斷從基體脫落出來,又被擠壓進(jìn)入基體,表面的摩擦形式不斷發(fā)生變化,這也是加入金屬填料的PTFE復(fù)合材料的摩擦曲線有相對較大波動的原因.同時由于金屬顆粒在材料表面的存在形成磨粒磨損,加劇了復(fù)合材料的磨損.其中7#復(fù)合材料為廣州機(jī)械科學(xué)研究院密封研究所研制的產(chǎn)品,由于加入了固體潤滑材料,摩擦因數(shù)和磨損量在三者中相對較低.因此對于金屬填充的PTFE復(fù)合材料高溫摩擦磨損性能需要更進(jìn)一步研究.與金屬填充的復(fù)合材料不同的是,玻璃纖維填充以及碳類填充的PTFE復(fù)合材料高溫磨損性能表現(xiàn)較為優(yōu)異.4#材料由青銅粉和玻璃纖維填充,一般來說由于纖維的加入會提高耐磨性,同時也會增加摩擦因數(shù),但是

32、經(jīng)過在180溫度下多次重復(fù)性測試,4#材料卻具有較低的摩擦因數(shù)和磨損量.低的磨損量是由于纖維起到支撐骨架,形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對PTFE大分子有束縛作用,阻止PTFE的帶狀結(jié)構(gòu)的大面積破壞,但高溫下具有低的摩擦因數(shù)的機(jī)制尚不清楚,這也是以后重點(diǎn)研究的方向之一.同樣地,含有碳類填料PTFE復(fù)合材料具有良好高溫摩擦磨損性能,這與碳類填料本身與PTFE有良好的相容性有關(guān),即使在高溫下此類填料的相容性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過其它類填料.由于碳類填料價格便宜,導(dǎo)熱性,耐磨性好,且與PTFE共混容易分散,只要經(jīng)過不同碳類填料的調(diào)配,優(yōu)化,可制得高溫摩擦磨損性能優(yōu)良的復(fù)合材料.圖2為國外某知名公司和廣州機(jī)械科學(xué)研究院密封研究所

33、研制的填充碳類復(fù)合材料的摩擦磨損性能對比.可以看出,隨著填料含量增加,復(fù)合材料的摩擦因數(shù)依次增大,相對磨損量也依次增大(見表3),尤其是高填充量的復(fù)合材料更是如此(但高填充量的復(fù)合材料抗壓能力強(qiáng),適合壓力較高的場合).8#材料雖然摩擦因數(shù)較高,但摩擦曲線平穩(wěn)(而國外同類產(chǎn)品523#摩擦曲線則呈上升趨勢).碳類填充的復(fù)合材料不僅與填料本身特性有關(guān),同時也與各組分的配比有關(guān),只要選擇合理的材料和配比,優(yōu)化生產(chǎn)加工工藝,中等填充量碳類也能獲得摩擦和磨損綜合性能優(yōu)異的材料,如5#材料.21212 特種塑料填充PTFE復(fù)合材料復(fù)合材料中所使用的特種塑料(PI,EKONOL)均為芳香族高結(jié)晶聚合物,具有優(yōu)良的摩擦性能,耐磨損且對金屬對磨件幾乎沒有任何磨蝕作用,同時又具有一定的自潤滑性能,可在性能上與PTFE互補(bǔ),克服PTFE的易蠕變,不耐磨等缺陷.如圖3所示,1#和3#材料,與綜合性能較好的碳類填充5#材料相比,在高溫下顯示出穩(wěn)定且較低的摩擦因數(shù),這是因?yàn)闆]有添加填料或者填料較少的原因.由于PTFE和特種塑料本身就具有自潤滑性能,因而復(fù)合材料的摩擦因數(shù)較低.此外,特種塑料自身耐磨以及耐高溫性能更優(yōu)于PTFE,因而復(fù)合材料的耐磨性(相對磨損量)也相對較好,見圖3(a).圖3(b)中的在沒有