温度对Cu—Sn10—Pb10减摩复合材料摩擦磨损性能的影响

不同温度下铜基粉末冶金摩擦材料往复滑动磨损规律FATIGUE WEAR OF RECIPROCATING SLIDING FOR COPPER BASEPOWDER METALLURGY (Cu PM )FRICTION MATERIALUNDER VARIED TEMPERATURE刘建秀1,2郭炎强1 韩长生2 李 蔚1(1 郑州轻工业学院机械与电子科学系,郑州450002)(2 中国工程物理研究院流体物理研究所,绵阳621900)LIU JianXiu 1,2GUO YanQiang 1H AN ChangSheng 2LI Wei1(1 Department o f Mechanical and Electrical Science ,Zhengzhou Institute o f Light Industry ,Zhengzhou 450002,China )(2 Institute o f Liquid and Physics ,China Academy o f Engineering Physics ,Mianyang 621900,China )摘要 研究不同温度下高速列车用铜基粉末冶金摩擦材料磨损特征。

在Plint TE77高温疲劳试验机上对该材料进行磨损性能测试,工况分别为室温、100 、200 、300 、350 、500 ,法向载荷为200N 、450N 等12种工况,振动频率为4Hz,滑动幅值为 5mm 。

并对摩擦后的磨痕进行Scan electro mirror (SE M)分析。

发现!在200N 、300 时出现碾压的多源弧形裂纹,这和冲击时的沿树枝晶裂纹截然不同。

∀在450N 、300 时,磨痕表面出现球状的石墨颗粒层,这起到了极好的润滑作用,使得300 时磨损较低。

#在450N 、350 时,有沿磨痕方向的长条裂纹出现。

∃在不同载荷500 时,发生粘附现象,即摩擦材料粘附到对偶材料上。

DOI ：10. 19936/j. cnki. 2096-8000. 20210328. 018高温热处理对C/C 复合刹车材料摩擦磨损性能影响的研究周蕊，韩文静*,施伟伟（西安航空制动科技有限公司，西安 713101）摘要：分析讨论了高温热处理温度对C/C 复合刹车材料石墨化度及摩擦磨损性能的影响规律。

研究表明：通过化学气相沉积法制备的C/C 复合刹车材料热解碳结构与最终热处理温度无关，均呈现典型的粗糙型结构；从裂解态至2600 C 热处理状态，C/C 复合刹车材料石墨化度由7.3%提升至67.2%，对应综合导热系数由11.3 W ・m —1・k —1增加至50.1 W ・m —1・k —1 ；材料摩 擦系数随着刹车压力、单位面积能载和速度的升高呈现出逐渐降低的趋势，且相同条件下，石墨化度越高，摩擦系数及磨损率越高。

关键词：碳/碳复合材料；石墨化度；摩擦磨损性能中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：2096—8000（2021）03—0112—051前言C/C 复合材料是以碳纤维为增强相的碳基复合材料，因具有低密度、耐腐蚀、高温、抗热震性能优异,化学稳定性好以及灾难性破坏概率较低等优点。

在航空航天领域得到了广泛关注与应用［1-4］o 20世纪70年代中期，英国Dunlop 航空公司首次研制出C/C 复合材料刹车盘,并在协和号飞机上装机试飞成功［5,6］，实现了飞机制动技术的重大突破。

截至当 前,C/C 复合刹车材料的应用已成为衡量航空机轮水平的重要标志之一［7,8］。

相比传统的粉末冶金刹车盘,c/c 复合材料刹车盘的应用不仅可以大幅提高刹车盘的服役温度，而且能够降低飞机重量。

据统计,C/C 复合材料刹车盘的应用可使波音757减重300 kg,波音747减重600 kg 以上⑻。

收稿日期：2020-11-02作者简介：周蕊（ 1983-）,女，硕士，高级工程师，主要从事复合材料方面的研究。

第35卷第9期高分子材料科学与工程V o l .35,N o .9 2019年9月P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N GS e pt .2019温度和纱线捻向对自润滑织物复合材料摩擦磨损性能的影响苏 萌,任 放,俞鸣明,任幕苏,孙晋良,梁 磊,姚卫刚(上海大学复合材料研究中心,上海201900)摘要:分别将S 捻和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物与高温树脂复合,制得S 捻和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料㊂通过评价不同温度时复合材料的摩擦磨损性能,研究了纤维加捻方式对复合材料摩擦磨损性能的影响㊂研究结果表明,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物力学性能略优,2种织物的拉伸强度均高于25M P a ,断裂伸长率均大于75%;S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料磨损量受温度影响较小,而Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料磨损量随温度的升高而增大,在相同温度时,前者的磨损量小于后者;2种材料的摩擦系数受温度影响不大,且相同温度时S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的摩擦系数较小㊂磨损机理分析表明,温度对材料磨损状态具有显著影响,且织物力学性能的提高和磨损表面更连续㊁完整的润滑膜使S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料具有更好的摩擦磨损性能㊂关键词:纤维;加捻;聚四氟乙烯;芳纶;温度;摩擦磨损性能中图分类号:T Q 342+.711 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2019)09-0082-07d o i :10.16865/j.c n k i .1000-7555.2019.0240收稿日期:2018-07-23基金项目:国家重点研发计划资助(2017Y F B 1103400);2017年上海市军民融合专项通讯联系人:俞鸣明,主要从事单聚合物复合材料㊁高温耐磨复合材料及树脂体系开发研究,E -m a i l :mm yu @s h u .e d u .c n 自润滑织物复合材料具有高强度㊁低密度㊁低摩擦系数和适用范围广等特点,是关节轴承主要组成部件,可广泛应用于航空航天和汽车制造等领域[1]㊂聚四氟乙烯(P T F E )纤维具有摩擦系数低和极好的耐腐蚀性能,而芳纶(N o m e x )纤维具有较高的强度和良好的热稳定性,因此两者通常用作织物纤维[2~4]㊂为了实现自润滑功能,通常将P T F E 纤维富集在摩擦面以起到润滑作用,而将N o m e x 纤维富集在黏接面,起到支撑作用[5]㊂作为自润滑织物材料,织物结构对摩擦磨损性能的影响十分显著㊂传统织物常采用P T F E 和芳纶经纬混编的斜纹或缎纹结构,其对树脂有良好的容纳性,因而展现出较好的摩擦磨损性能[6,7]㊂随着对织物复合材料使用要求的提高,更多的织物结构受到了研究者的关注㊂L i 等[8]研究了不同层数P T F E /N o -m e x 织物复合材料的摩擦磨损行为,发现载荷一定时,单层织物复合材料的静摩擦系数低于双层织物复合材料的静摩擦系数,而转速一定时,单层织物复合材料的静摩擦系数又高于后者㊂R a t t a n 等[9]研究了织物机织结构对摩擦磨损性能的影响,发现平纹织物对断裂纤维的容纳能力优于缎纹织物,因而有较好的抗磨损性能㊂然而,目前对织物的研究多集中在织造结构上,其经纬纱都为单种纤维,而对复合纤维结构的研究较少㊂因此,本文以S 加捻P T F E -N o m e x/N o m e x 织物复合材料和Z 加捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物复合材料为研究对象,比较了织物复合纱线的加捻方式对摩擦磨损性能的影响㊂此外,研究了2种织物复合材料在不同温度的摩擦磨损行为㊂1 实验部分1.1 实验材料P T F E 纤维和N o m e x 纤维:杜邦公司提供;高温树脂:上海塑料研究所有限公司提供;其它化学试剂均为分析纯,购买后直接使用㊂1.2 样品制备S 捻P T F E -N o m e x /P T F E 织物和Z 捻P T F E -N o m e x /P T F E 织物由N o m e x 纤维和P T F E 纤维机织而成,2种织物的部分物理性能如T a b .1所示㊂F i g .1是2种织物的结构示意图㊂如F i g.1(a )所示,将P T F E 纱线和N o m e x 纱线以S 方向加捻为混合纱线,再以混合纱线为纬纱,以N o m e x 纱线为经纱,经纬机织成S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物(如F i g.1(b )所示)㊂对于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物,如F i g .1(c )所示,将混合纱线加捻方向改为Z 向,以相同的方法机织成Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x织物(如F i g.1(d )所示)㊂T a b .1 P r o p e r t i e s o f t h e f a b r i c c o m po s i t e s C o m po s i t e T w i s t i n g di r e c t i o n o f P T F E -N o m e x y a r nW e a v es t r u c t u r e W e a v e d e n s i t y (t h r e a d s /i n c h )P T F E -N o m e xN o m e x S -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e SD o u b l e l a y e r 7055Z -t w i s t P T FE -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e Z D o u b l e l a ye r 7055F i g.1 S t r u c t u r e s o f t h e S -t w i s t P T F E -N o m e x f i b e r s (a ),t h e S -t w i s t P T F E -N o m e x f a b r i c (b ),t h eZ -t w i s t P T F E -N o m e x f i b e r s (c )a n d t h eZ -t w i s t P T F E -N o m e x f a b r i c (d)F i g .2 P r e p a r a t i o n p r o c e s s o f h y b r i d f a b r i c c o m po s i t e s 制备样品时,首先将S 捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物在乙醇中超声清洗1h ,然后放在鼓风烘箱中干燥1h ㊂再将2种织物浸入高温树脂溶液中,浸胶后将其放入辊机辊压㊂为了使复合材料的树脂含量在20%~25%,浸胶和辊压过程重复3次㊂随后,将辊胶后的织物放入鼓风烘箱,在150ħ烘干2h 以除去高温树脂胶液的溶剂㊂烘干后将材料自然冷却至室温,再使用平板硫化机对其进行预压处理(压力3.3M P a ;温度150ħ;时间15m i n )㊂最后,将含有树脂的2种织物黏接在304不锈钢样品盘上(Φ43mmˑ3mm ),并在梯度温度(180ħ/1h ㊁200ħ/2h ㊁230ħ/4h )和0.06M P a 压力下固化,冷却后制得S 捻P T F E -N o m e x/N o m e x 织物复合材料和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料,制备过程如F i g.2所示㊂1.3 测试与表征1.3.1 拉伸性能测试:为了测试纤维加捻方式对自润滑织物复合材料力学性能的影响,采用万能力学试验机对2种材料进行拉伸性能测试㊂设备由深圳新三思实验仪器厂生产(型号MT S -C MT -4204),拉伸方向包括经纱方向和纬纱方向2组,每组测试5次,最后结果取平均值㊂1.3.2 摩擦磨损性能测试:采用A S T M G 99标准,选用销盘式摩擦磨损试验机对样品进行摩擦磨损测试,设备由济南恒旭公司生产(型号MMU D -5B ),摩擦方式采用球-盘摩擦㊂摩擦试验机原理如F i g .3所示,3个304不锈钢钢珠(Φ=3mm )在上方被固定在带有卡盘的承载臂上,采用螺纹和定位销将样品固定在下方的可升降样品台上㊂测试时,钢珠以一定压力接触衬垫,并作半径为11mm 的旋转运动㊂摩擦磨损测试在室温进行,施加载荷30N ,摩擦线速度0.115m /s ㊂每个样品测试结束后,对磨痕深度进行测量㊂摩擦试验机样品台下方有力矩传感器,计算机通过收集摩擦力矩给出摩擦系数㊂每组摩擦实验重复3次,所有数据取3次实验数据的平均值㊂38 第9期苏 萌等:温度和纱线捻向对自润滑织物复合材料摩擦磨损性能的影响F i g .3 S c h e m a t i c d i a gr a mo f t h e b a l l -o n -d i s kw e a r t e s t e r 1.3.3 磨损形貌分析:使用日本浩视H i r o x R H -2000型3D 数字显微镜获得衬垫磨损深度及磨痕截面形貌㊂1.3.4 扫描电子显微镜观察:使用荷兰P h e n o m 扫描电子显微镜(S E M )观察复合材料磨损表面形貌,观察前对样品进行喷金处理㊂2 结果与讨论2.1 材料拉伸性能分析材料的摩擦磨损性能与其力学性能有非常密切的联系,从力学性能的角度理解材料的摩擦磨损行为,对于认识复合材料摩擦系数和磨损率的变化规律,提高复合材料的使用质量有重要的意义㊂F i g.4(a )和F i g.4(b )分别是S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物的拉伸强度和断裂伸长率测试结果柱状图㊂如F i g .4所示,2种织物的经向拉伸强度和断裂伸长率均低于纬向拉伸强度和断裂伸长率,这可能是纬向P T F E -N o m e x 织物密度大于经向N o m e x 织物密度造成的,如T a b .1所示㊂此外,从图中可以看出,无论是经向还是纬向,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的拉伸强度和断裂伸长率略都高于Z 捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物复合材料,这说明S 捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物复合材料的力学性能要略优于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的力学性能㊂F i g .4 V a r i a t i o n o f t h e t e n s i l e s t r e n g t h (a ),e l o n ga t i o n a tb r e a k (b )a n d t h e i r s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r ic c o m po s i t e s 2.2 材料的摩擦磨损性能对S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的摩擦磨损性能进行测试,F i g.5是不同温度时2种材料摩擦48高分子材料科学与工程2019年系数随时间的变化曲线㊂从曲线可以看出,摩擦过程可以分为3个阶段,分别为磨合期㊁稳定磨损期和失效期㊂F i g.5 F r i c t i o nc o e f f i c i e n t s o f t h eS -t w i s tP T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i cc o m p o s i t ea n dt h e Z -t w i s tP T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e a t 25ħ(a ),163ħ(b )a n d 200ħ(c )a s a f u n c t i o n o f t i m e室温下,如F i g.5(a )所示,2种材料的摩擦过程均表现出磨合期和稳定磨损期2阶段㊂S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料进入稳定磨损期的时间为1050s (如T a b .2所示),摩擦系数在磨合期波动性较大,随着摩擦过程的稳定,摩擦系数随时间逐渐减小并趋于平稳㊂Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料进入稳定磨损期的时间为620s (如T a b .3所示),磨合期的摩擦系数较前者稳定,进入稳定磨损期后,摩擦系数随时间略有上升㊂当温度上升到163ħ时,如F i g .5(b )所示,2种材料的摩擦系数曲线均比室温时更加平稳,摩擦过程均表现出磨合期和稳定磨损期2个阶段㊂S 捻P T -F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料进入稳定磨损期的时间为1190s (如T a b .2所示),而Z 捻P T F E -N o -m e x /N o m e x 织物复合材料进入稳定磨损期的时间为750s (如T a b .3所示)㊂在200ħ,如F i g.5(c )所示,2种材料的摩擦系数稳定性下降,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的摩擦系数在稳定磨损期略有上升,其进入稳定磨损期的时间为940s (如T a b .2所示)㊂Z 捻P T -F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料进入稳定磨损期的时间为540s ,在2940s 时,摩擦系数发生突变,材料进入失效状态(如T a b .3所示)㊂T a b .2 T i m i n g r e s u l t s o f f r i c t i o n s t a ge s of S -t w i s t P T -F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e s T e m pe r a t u r e /ħR u n n i n g -i n s t a ge /s S t a b l es t a g e /s F a i l u r es t a ge /s 250~10501050~36001630~11901190~36002000~940940~3600T a b .3 T i m i n g r e s u l t so f f r i c t i o ns t a ge so fZ -t w i s tP T F E -N o m e x /N o m e xf a b r i c c o m po s i t e s T e m pe r a t u r e /ħR u n n i n g -i n s t a g e /s S t a b l es t a g e /s F a i l u r es t a ge /s 250~620620~36001630~750750~36002000~540540~29402940~3600T a b .4 F r i c t i o n c o e f f i c i e n t o f f a b r i c c o m po s i t e s a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s C o m po s i t e F r i c t i o n c o e f f i c i e n t25ħ163ħ200ħS -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e s 0.050.040.05Z -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e xf a b r i c c o m p o s i t e s 0.070.050.062种材料在不同温度下的平均摩擦系数如T a b .4所示㊂可以看出,温度对两者摩擦系数的影响较小㊂在相同温度下,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的摩擦系数低于Z 捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物复合材料的摩擦系数,而后者却比前者更快进入稳定磨损阶段㊂这可能与两者的力学强度及润滑膜的损耗速度有关,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x织物复合材料良好的力学性一方面使摩擦过程中润滑膜的形成速度较慢,磨合期较长,另一方面使润滑膜的损耗速度下降,摩擦系数较小并且更加稳定,相比之下Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料更容易失效㊂基于以上分析,S 捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物复合材料的润滑性在25ħ㊁163ħ及200ħ下优于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材58 第9期苏 萌等:温度和纱线捻向对自润滑织物复合材料摩擦磨损性能的影响料㊂F i g.6 V a r i a t i o no f t h e l i n e w e a r l o s s e s a n d t h e i r s t a n d a r d d e v i a -t i o n s o f t h e S -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s -i t e a n dZ -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m p o s i t e F i g.6是S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料在不同温度的磨损量㊂室温下,S 捻P T F E -N o m e x/N o m e x 织物复合材料的磨损量为0.078mm ,Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量为0.058mm ,说明二者的抗磨损性能接近㊂在163ħ时,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量为0.079mm ,比室温时略有增加,而Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量为0.11mm ,比室温时提高了90%㊂当温度上升到200ħ时,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量为0.061mm ,而Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料磨损量达到0.37mm ,已经进入失效阶段㊂相同温度下,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量低于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量㊂这是因为S 捻P T F E -N o -m e x /N o m e x 织物复合材料的断裂伸长率高于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的断裂伸长率,前者在摩擦过程中不易发生纤维断裂,从而延长了润滑膜的存在时间㊂对于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料,由于力学强度低,虽然能够快速进入稳定磨损阶段,但润滑膜不能够稳定存在,因此磨损量较高㊂随着温度的升高,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量较为稳定,而Z 捻P T F E -N o -m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损量随温度的升高而快速增大,200ħ时其磨损量约为室温磨损量的6.4倍㊂这说明加捻方式对织物复合材料的抗磨损性能有显著的影响,Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料在室温的抗磨损性能与S 捻P T F E -N o -m e x /N o m e x 织物复合材料相当,但在高温时,其抗磨损性能较差㊂F i g .7 3Da n d p r o f i l e s o f t h e w o r n s u r f a c e s o f S -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e a t 25ħ(a ),163ħ(b ),a n d 200ħ(c )a n dZ -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e a t 25ħ(d ),163ħ(e ),a n d 200ħ(f )68高分子材料科学与工程2019年2.3 磨损表面3D 形貌分析使用3D 电子显微镜对材料的磨损表面进行观察,F i g .7是2种材料在不同温度的磨损表面3D 形貌㊂从磨损区域的表面形貌图可以看出,随着温度的提高,磨痕宽度和磨损表面的粗糙程度增加㊂这表明,材料的磨损状态在高温发生了改变,磨损表面的平整度对织物复合材料的摩擦磨损性能有显著影响㊂其次,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨痕宽度小于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨痕宽度,说明后者在剪切力的作用下更容易发生变形,这与力学性能分析结果一致㊂2.4 磨损表面S E M 分析F i g .8是不同温度时S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料和Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损表面S E M 图㊂室温下,如F i g.8(a )㊁F i g.8(d )所示,2种织物复合材料的磨损表面均呈现接触磨损状态㊂S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料的磨损表面有3种存在形式:首先,纤维表面的树脂黏附在表层,并伴有轻微的磨损痕迹㊂其次,部分织物表层树脂发生剥落,露出P T F E 纤维和N o -m e x 纤维,少量P T F E 纤维发生断裂,而N o m e x 纤维没有发生破坏㊂对于Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料,磨损表面明显不同:织物表面的树脂几乎全部剥落,大量P T F E 纤维和N o m e x 纤维裸露,并且发生塑性变形和断裂㊂ F i g .8 S c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o g r a p h s o f t h ew o r n s u r f a c e s o f S -t w i s tP T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e a t 25ħ(a ),163ħ(b ),a n d 200ħ(c )a n dZ -t w i s t P T F E -N o m e x /N o m e x f a b r i c c o m po s i t e a t 25ħ(d ),163ħ(e ),a n d 200ħ(f ) 在163ħ时,如F i g .8(b )㊁F i g.8(e )所示,2种织物复合材料均发生大量塑性变形,呈现典型的黏着磨损特征㊂这是因为温度的上升一方面使树脂发生软化,另一方面使纤维塑性变形能力增强㊂S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料磨损表面形成了大片㊁均匀的润滑膜,织物结构已不明显㊂而Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料磨损表面多见鳞片状润滑膜,并伴有大量裂纹和孔洞,说明其润滑膜开始消耗㊂温度的提高有利于润滑膜的形成,然而当温度达到200ħ时,如F i g .8(c )和F i g .8(f )所示,过高的热量导致树脂的过度软化及织物力学性能下降,材料的抗磨损性能也随之降低㊂S 捻P T F E -N o m e x /N o -m e x 织物复合材料磨损表面纤维发生大量塑性变形,润滑膜出现脱落㊂而Z 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合材料磨损表面润滑膜已完全消耗,纤维几乎全部断裂,自润滑功能丧失㊂由此可知,S 捻P T F E -N o m e x /N o m e x 织物复合78 第9期苏 萌等:温度和纱线捻向对自润滑织物复合材料摩擦磨损性能的影响材料和Z捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料在不同的温度时表现出不同的磨损状态㊂一定量的温度提升会使2种材料从接触磨损转变为黏着磨损,树脂得到软化,纤维的塑性变形能力得到提升,有利于润滑膜的形成㊂然而,过高的温度会导致树脂过度软化和织物力学性能的下降,对材料的摩擦磨损性能有不利影响㊂此外,在各温度时,S捻P T F E-N o m e x/ N o m e x织物复合材料的磨损表面呈现更加完整㊁连续的润滑膜,具有较优的自润滑性能㊂3结论本文通过评价S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料和Z捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料在不同温度的摩擦磨损性能,研究了温度和纤维捻向对自润滑织物复合材料摩擦磨损性能的影响,可得出以下结论:(1)S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物和Z捻P T-F E-N o m e x/N o m e x织物的纬向拉伸强度和断裂伸长率均高于经向拉伸强度和断裂伸长率,这是因为2种织物的纬向织物密度高于经向织物密度㊂S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物的拉伸强度和断裂伸长率略高于Z捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物,说明其具有较优的力学性能㊂(2)温度对S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料和Z捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料的摩擦系数影响较小㊂相同温度时S捻P T F E-N o-m e x/N o m e x织物复合材料的摩擦系数小于Z捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料的摩擦系数,虽然磨合期较长,但摩擦系数稳定㊂因此S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料的润滑性更好㊂(3)S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料的磨损量在不同温度时都较为稳定,而Z捻P T F E-N o-m e x/N o m e x织物复合材料的磨损量随温度的上升而增加,相同温度时,S捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料的磨损量低于Z捻P T F E-N o m e x/N o-m e x织物复合材料的磨损量,具有较优的抗磨损性能㊂(4)温度的提高使S捻P T F E-N o m e x/N o m e x 织物复合材料和Z捻P T F E-N o m e x/N o m e x织物复合材料呈现不同的磨损状态㊂室温时两者主要为接触磨损,163ħ时主要为黏着磨损,而200ħ时树脂的过度软化和织物力学性能的下降对摩擦磨损性能产生不利影响㊂相同温度时,S捻P T F E-N o m e x/ N o m e x织物复合材料的磨损表面呈现更加完整㊁连续的润滑膜,具有较优的自润滑性能㊂参考文献:[1] Y a n g M,Z h uX,R e nG,e t a l.I n f l u e n c eo f a i r-p l a s m a t r e a t-m e n t a n dh e x a g o n a l b o r o nn i t r i d e a s f i l l e r o n t h eh i g h t e m p e r a-t u r e t r i b o l o g i c a l b e h a v i o r so fh y b r i dP T F E/N o m e xf a b r i c/p h e-n o l i c c o m p o s i t e[J].E u r.P o l y m.J.,2015,67:143-151. [2] R e nG,Z h a n g Z,Z h uX,e t a l.I n f l u e n c e o f l u b r i c a n t f i l l i n g o nt h ed r y s l i d i n g w e a rb e h a v i o r so fh y b r i dP T F E/N o m e xf a b r i cc o m p o s i t e[J].J.M a t e r.S c i.,2014,49:3716-3724.[3] Q i u M,G a o ZL,Y a o S J,e t a l.E f f e c t s o f o s c i l l a t i o n f r e q u e n c yo n t h et r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e so fs e l f-l u b r i c a t i o ns p h e r i c a l p l a i nb e a r i n g sw i t hP T F Ew o v e n l i n e r[J].K e y E n g.M a t e r.,2011,455:406-410.[4] Q iX,J i aZ,Y a n g Y.I n f l u e n c e o f t h e d i s p e r s i o no f n a n o t i t a n i-u md i o x i d e o n t h e t r i b o l o g i c a l p e r f o r m a n c e o f f a b r i c s e l f-l u b r i c a-t i n g l i n e r[J].J.A p p l.P o l y m.S c i.,2013,130:2100-2105.[5]S uF,Z h a n g Z.I n f l u e n c e o f s u r f a c em o d i f i c a t i o no n t r i b o-p e r f o r m a n c eo fh y b r i d g l a s s/P T F Ef a b r i cc o m p o s i t ew i t h p h e-n o l i c r e s i nb i n d e r[J].A p p l.C o m p o s.M a t e r.,2007,14:223-234.[6] R a t t a nR,B i j w e J.C a r b o n f a b r i c r e i n f o r c e d p o l y e t h e r i m i d ec o m p o s i t e s:I n f l u e n c e o fw e a v e o f f a b r i c a nd p r o ce s s i n g p a r a m e-t e r so n p e r f o r m a n c e p r o p e r t i e sa n de r o s i v e w e a r[J].M a t e r.S c i.E n g.,A,2006,420:342-350.[7] R a t t a nR,B i j w e J,F a h i m M.O p t i m i z a t i o no fw e a v eo f c a r b o nf a b r i c f o r b e s t c o m b i n a t i o no f s t r e ng th a n d t ri b o-p e r f o r m a n c e o fp o l y e t h e r i m i d ec o m p o s i t e si na d h e s i v e w e a r m o d e[J].W e a r, 2008,264:96-105.[8] L iH L,Y i nZ W,J i a n g D,e t a l.As t u d y o f t h e s t a t i c/k i n e t i cf r i c t i o nb e h a v i o r o fP T F E-b a s e df a b r i cc o m p o s i t e s[J].T r i b o l.T r a n s.,2018,61(1):122-132.[9] R a t t a nR,B i j w e J,F a h i m M.I n f l u e n c e o fw e a v e o f c a r b o n f a b-r i c o n l o wa m p l i t u d eo s c i l l a t i n g w e a r p e r f o r m a n c eo f p o l y e t h e r-i m i d e c o m p o s i t e s[J].W e a r,2007,262:727-735.(下转第94页㊂t ob e c o n t i n u e do nP.94)88高分子材料科学与工程2019年49高分子材料科学与工程2019年E f f e c t o fH e a t T r e a t m e n tA f t e r I n j e c t i o n M o l d i n g o n t h eP r o p e r t i e s o fP o l y c a r b o n a t eY o n g G e,N i n g X i a n g,B o l u n W a n g,T a o W a n g,Y u eY a n(B e i j i n g I n s t i t u t e o f A e r o n a u t i c a lM a t e r i a l s,B e i j i n g E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r o fA d v a n c e dS t r u c t u r eT r a n s p a r e n c e f o r t h eM o d e r nT r a f f i cS y s t e m,B e i j i n g100095,C h i n a)A B S T R A C T:T h e i n f l u e n c e so f a n n e a l i n g m e t h o d sa n da n n e a l i n gp a r a m e t e r so nt h e r e s i d u a l s t r e s sa n dt e n s i l e p r o p e r t i e s o f p o l y c a r b o n a t e(P C)w e r e i n v e s t i g a t e d.T h e q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s r e s u l t sb y t h e p h o t o e l a s t i c t e s t s h o wt h a t t h e a n n e a l i n g c a n s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e r e s i d u a l s t r e s s o f P C,a n d t h e r e s i d u a l s t r e s s d e c r e a s e sw i t h t h e i n c r e a s e o f a n n e a l i n g t e m p e r a t u r e a n d a n n e a l i n g t i m e.W h i l e h i g h e r t h e a n n e a l i n g t e m p e r a t u r e i s,l o w e r t h e i n f l u e n c e d i f f e r e n c e o n t h e r e s i d u a l s t r e s s o f P C i sw i t h t h e v a r i a t i o n o f t h e a n n e a l i n g t e m p e r a t u r e a n d a n n e a l i n g t i m e.I na d d i t i o n,t h e r e s u l t s o f t h e t e n s i l e t e s t i n d i c a t e t h a tw h e n t h e a n n e a l i n g t e m p e r a t u r e i s130ħa n d t h e a n n e a l i n g t i m e i s4h,t h e t e n s i l e s t r e n g t h i s i n c r e a s e d b y5.5%b y t h e f i r s t a n n e a l i n g m e t h o d,w h i c h i s t h a t a n-n e a l i n g o c c u r s i mm e d i a t e l y a f t e rP Cr e m o v e d f r o mt h e i n j e c t i o n m o u l d.H o w e v e r,t h e t e n s i l es t r e n g t h i sd e-c r e a s e sb y8.7%b y t h e s e c o n da n n e a l i n g m e t h o d,w h i c h i s t h a t a n n e a l i n g o c c u r s a f t e rP Cc o o l e dc o m p l e t e l y.B e s i d e s,t h e c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s s h o w s t h e c h a n g eo f t h e t e n s i l e s t r e n g t hd u r i n g a n n e a l i n g i s t h e r e s u l t o f t h e c o u p l i n g e f f e c t o f f l o wr e s i d u a l s t r e s s a n d t h e r m a l r e s i d u a l s t r e s s.B e c a u s e t h a t d e c r e a s e o f t h e f l o wr e s i d u a l s t r e s s d e c r e a s e s t h e t e n s i l e s t r e n g t h,b u t d e c r e a s e o f t h e t h e r m a l r e s i d u a l s t r e s s i n c r e a s e s t h e t e n s i l e s t r e n g t h. K e y w o r d s:p o l y c a r b o n a t e;a n n e a l i n g;r e s i d u a l s t r e s s;t e n s i l e s t r e n g t h(上接第82页㊂c o n t i n u e d f r o m p.82)I n f l u e n c e o f T e m p e r a t u r e a n dY a r nT w i s t i n g D i r e c t i o no n t h eT r i b o l o g i c a lP r o p e r t i e s o f S e l fL u b r i c a t i n g F a b r i cC o m p o s i t e sM e n g S u,F a n g R e n,M i n g m i n g Y u,M u s uR e n,J i n l i a n g S u n,L e i L i a n g,W e i g a n g Y a o(R e s e a r c hC e n t e r f o rC o m p o s i t eM a t e r i a l s,S h a n g h a i U n i v e r s i t y,S h a n g h a i201900,C h i n a)A B S T R A C T:T w os e l f l u b r i c a t i n g f a b r i cc o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n t t w i s td i r e c t i o n so f p o l y t e t r a f l u o r o e t h y l e n e (P T F E)-N o m e x y a r n sw e r e p r e p a r e db y d i p-c o a t i n g o f t h eP T F E-N o m e x/N o m e xf a b r i c i na m i x e dr e s i no f h i g h-t e m p e r a t u r e r e s i s t a n c e.T h e t r i b o l o g i c a l p e r f o r m a n c eo f t h e r e s u l t i n g f a b r i c c o m p o s i t e s a td i f f e r e n t t e m-p e r a t u r e sw a s e v a l u a t e d,b y w h i c ht h e i n f l u e n c eo f y a r nt w i s t i n g d i r e c t i o no nt h e t r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e sw a s s t u d i e d.T h e r e s u l t ss h o wt h a t t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fS-t w i s tP T E F-N o m e x/N o m e xf a b r i ca r es l i g h t l y b e t t e r t h a n t h o s e o f Z-t w i s tP T E F-N o m e x/N o m e x f a b r i c,w i t h t h e t e n s i l e s t r e n g t ha n de l o n g a t i o na t b r e a ko f b o t hc o m p o s i t e sh i g h e r t h a n25M P aa n d75%,r e s p e c t i v e l y;t h ew e a r l o s so fS-t w i s tP T E F-N o m e x/N o m e x f a b r i c c o m p o s i t e i s l i t t l e a f f e c t e d b y t e m p e r a t u r e,w h e r e a s t h ew e a r l o s s o f Z-t w i s t P T E F-N o m e x/N o m e x f a b r i c c o m p o s i t e i n c r e a s e sw i t har i s e i nt e m p e r a t u r e.A t a l l t e m p e r a t u r e s i n v e s t i g a t e d,t h eS-t w i s tP T E F-N o m e x/ N o m e x f a b r i cc o m p o s i t es h o w s m o r ef a v o r a b l ea n t i-w e a r p r o p e r t y;a l t h o u g ht h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n to fb o t h c o m p o s i t e s i s r e l a t i v e l y s t a b l ew i t h t h e c h a n g e o f t e m p e r a t u r e,t h e f r i c t i o n c o e f f i c i e n t o f S-t w i s t P T E F-N o m e x/ N o m e x f a b r i c c o m p o s i t e i s s m a l l e r,a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e,t h a n t h a t o f Z-t w i s t P T E F-N o m e x/N o m e x f a b r i c c o m p o s i t e.W e a rm e c h a n i s ma n a l y s i s i n d i c a t e s t h a t t e m p e r a t u r e h a s a s i g n i f i c a n t i m p a c t o n t h ew e a r b e h a v i o r s o f t h e f a b r i c c o m p o s i t e s.B e s i d e s,i t i s p r o p o s e d t h a t t h e i m p r o v e dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d t h e u n i f o r ml u b r i-c a t i n g f i l m s c o n t r i b u t e t o g e t h e r t ot h er e i n f o r c e dt r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e so f t h eS-t w i s tP T E F-N o m e x/N o m e x f a b r i c c o m p o s i t e.K e y w o r d s:f i b e r;t w i s t;p o l y t e t r a f l u o r o e t h y l e n e;N o m e x;t e m p e r a t u r e;t r i b o l o g i c a l p r o p e r t y。