gf增強尼龍1010復(fù)合材料的磨擦學(xué)性能研究

1、第 3 0 卷 第 2 期 2 0 0 1 年 3 月中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報 J o u r n a lo fC h i n aUn i v e r s i t yo fMi n i n g＆ T e c h n o l o g yV。 l ， 3 0 No ． 2M a r ． 2 0 0 l文童編 號 } 1 0 0 0 — 1 9 6 4 ( 2 0 0 1 ) 0 20 1 14 - 0 4G F增強尼龍 1 0 1 0 復(fù)合材料的摩

2、擦學(xué)性能研究 葛世榮，王軍祥 ( 中國礦業(yè)大學(xué) 機電與材料工程學(xué)院 ， 江蘇 徐州2 2 1 0 0 8 )摘要： 制備 了玻璃纖維( G F ) 增強尼龍 1 0 1 0 復(fù)合材料， 在環(huán)一塊磨損 試驗機上研 究了復(fù)合材料 的摩擦學(xué)性能． 結(jié)果表明： G F含量對復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能有顯著影響， G F質(zhì)量分數(shù)為 3 5時增強效果較好； 隨著滑速的增加 ， G F增強尼龍 10 1 0 復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量持續(xù)上升． 干 摩擦下

3、的復(fù)合材料磨損 以疲勞斷裂和粘著為主 ， 且纖維出現(xiàn)磨損 、 斷裂及從基體 中剝落的現(xiàn) 象．在油潤滑下材料向?qū)ε籍a(chǎn)生輕微的轉(zhuǎn)移． 與干摩擦相比復(fù)合材料的摩擦 系數(shù)和磨損量大為降低；水潤滑下的尼龍以化學(xué)腐蝕磨損和磨粒磨損為主 ． 此時復(fù)合材料摩擦 系數(shù)也有較 大程度的降低 。但磨損量較干摩擦增大．關(guān)鍵詞 G F增強尼龍 1 o 1 0 復(fù)合材料 ； 摩擦磨損； 潤滑 中圖分類號： T H1 17 、 1文獻標識碼 ： A尼龍 1 0 1

4、0 是我國獨創(chuàng)的一種綜臺性能優(yōu)良的工程塑料， 其結(jié)構(gòu)接近于長碳鏈尼龍 ， 因而有機械 強度高、 耐磨性好 ， 特別是 自 潤滑性能優(yōu)良、 摩擦系數(shù)小等優(yōu)點， 適于制作軸承、 軸套、 齒輪等受力零部 件． 但其吸水率 ( 1 ． 5) 高于 P T F E和 H D P E等聚臺物材料， 其強度、 模量 、 耐磨性也因吸水而明顯下 降， 故其應(yīng)用受到 了一定的限制 ] ． 而碳纖維、 玻璃 纖維、 芳綸纖維的加入可提高其耐磨性、 尺寸穩(wěn)

5、定 性并降低摩擦 系數(shù) ’． 本文研究 了 G F增強尼龍 1 0 1 0 復(fù)臺材料的摩擦學(xué)性能， 考察了 G F的含量、滑速以及潤滑介質(zhì)對復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響．1復(fù)合材料制備及性能測試 以尼龍 1 0 1 0粉末和磨短玻璃纖維混合， 利用 WZ M1 微型注模機 ， 在溫度為 2 3 0℃左右時使混 料熔融后， 將 G F增強尼龍基復(fù)臺材料試樣熱壓注模 成 型． 所 制 備 的 復(fù)合 材 料 試 樣 的 尺 寸 均 為19mm&

6、#215;1 0l i l m×6mi l 1 ． 用 3 6 0水砂紙打磨試樣 表面并用丙酮清洗干凈 ， 以 T1 0 0 0 表面粗糙度 測量儀測得 R一0 ． 4 0f m左右． 所用對偶環(huán)材料是 4 5鋼， 其外徑 為 ~ 5 o[ 1 [ 1 m， 寬度為 1 2m i D - ， 對偶 表 面用 6 0 0氧化鋁砂紙打磨拋光至表面粗糙度 R一0 ．18 ～ 0． 2 0um ．利用環(huán)一 塊磨損試驗機， 分別在不 同

7、速度和潤 滑介 質(zhì)條件 下進 行摩 擦 磨損 實驗． 實驗 時 問為 6 0r a i n ， 每次實驗前， 將試樣和對偶環(huán)表面用丙酮 清洗干凈并置于空氣 中晾干、 利用精度為 01m g的電子分析天平稱量實驗前后的試樣質(zhì)量 ， 取其質(zhì) 量差為磨損質(zhì)量． 通過測力傳感器測量摩擦力以計 算材料 的摩擦系數(shù)， 每 隔 5r a i n測量一次 ， 材料的穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)取磨損過程最 后 1 0r ai n內(nèi)的平均 值． 所有結(jié)果均為 3 個試樣

8、測試數(shù)據(jù) 的平均值、 利 用 J S M5 6 0 0 L V 低真空掃描電鏡 ， 觀察磨損后的試樣 表面．2G F含量的影響 向聚臺物中加入不同比例的 G F會導(dǎo)致復(fù)合 材料 的物理 化 學(xué)性 能 的變 化， 本 文分 別 制備 了1 0， 2 0， 3 0， 3 5( w t ) 的G F增強尼龍復(fù)合材 料 ， 在干摩擦條件下研究 G F含量對尼龍基復(fù)合材 料摩擦學(xué)行 為的影響． 圖 1 所示為不同含量的 G F增強尼龍基復(fù)合材料的

9、摩擦系數(shù)隨時間變化關(guān)系．從圖 1中可知， 在試驗初始階段， 所有復(fù)合材料的 摩擦系數(shù)都迅速升高， 而后隨著摩擦 時問的增加 ．收稿 日期 2 0 0 00 91 8基金項目： 江蘇省應(yīng)用基礎(chǔ)科研基金資助項 目( B J 9 8 1 1 7 ) I 高等學(xué)校博士學(xué)科專項科研基金資助項 目( g 7 0 2 9 0 0 1 )作者簡介 ： 葛世榮( 19 6 3 一 ) ， 男 、 浙江省天臺縣人 ， 中國礦業(yè)大學(xué)教授 ． 博士生導(dǎo)師． 工

10、學(xué)博士 ． 從事摩擦學(xué)分形理論及聚合物復(fù) 合材料摩 擦學(xué)方面的研究．維普資訊 http://www.cqvip.com 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報第 2 9 卷 蘭． ． ． 一 l ■ _生} _ I ·磨損 時間 ， r a i n圖 9 潤滑條件下復(fù)合材 料摩擦 系數(shù)隨 時問變化關(guān)系F． 5Va r i a t i o n so ff r i c t i o nt o e 蹦c i e n to fc o mp o s i t

11、e sⅥt ht i mea n dd i f f e r e n tl o b r i c a n t s干摩擦 水潤柑 油鋼措 圖 6潤滑 介質(zhì)對復(fù)合材料磨損量的影 響F i g ． 6E f f e c t so fl u b r i c a n t so nwe a rma s s1 o s sO fc o mp o s i t e s1 a ) 于摩 攘 [ b )水潤滑 圖 7 尼龍 I O l O 夏臺材料在干摩攥和

12、 水潤滑條件下磨損表面的 J S M 形貌 F． 7J S M mo r p h o ] o g yo fwe a rs u r f a c eo fn y l o n1 0 1 9c o mp o s i t e su n d e rd r y ~ r i c t i o na n dwa t e rt u b r i c a t i o nc o n d i t i o n s分析認為， 干摩擦下由于摩擦熱的積聚使材料 2 )隨

13、著滑速增加 ， G F增強尼龍 1 0 1 0 復(fù)合材 的表面溫度升高， 隨著滑速的增大， 材料表面的溫 料的摩擦系數(shù)和磨損量都持續(xù)上升 ．度達到其維卡軟化點并局部發(fā)生表面熔化 ． 因而 向3 )油潤滑下的 3 5G F +尼龍 1 0 1 0 復(fù)合材料 對偶形成 了厚轉(zhuǎn)移膜， 粘著磨損不斷加劇 ， 在水潤的摩擦系數(shù)和磨損量 比干摩擦下大大降低 } 水潤滑 滑條件下， 由于水溶液通過材料宏觀裂縫、 纖維與 下復(fù)合材料的摩擦系數(shù)也有較

14、大程度的降低， 但磨 聚合物界面間的微細孔隙 及鏈段間微孔擴散進 損量卻 比干摩擦下有所增大 ．’使妻 望苧 翌 要莖 _ 丈詈 耋參 考 文 獻 ：力 ， 一 旦剪應(yīng)力大于界面的粘結(jié) 時， 即發(fā)生材料的～ ? ”界面破壞而脫落 ，同時因為尼龍分子中酰胺基的 [ 1 Z 王玉東， 趙清 香． 劉民英， 等． 石油發(fā)酵尼 龍摩 擦磨損水解和水分子的作用削弱 了尼龍 表面層分子 間的性能的 研究[ J ： ． 工程塑 料應(yīng)用， 1 9

15、9 5 ， 2 3 ( 2 ) ： 3 6 — 3 8 ．氫鍵作用導(dǎo)致其磨損量增大， 另易發(fā)生尼龍基體中[ 2 ] B a h a d u rS tuQ ， G o n gDT h ee f e c to fr e i n f o r c eCC鍵 的部分斷裂[． 在油潤滑條件下， 材料表面 t h er g“c a“的極性分子吸附潤滑油形成定 向排列的多分子層 ． 也?！啊?“ [ J ] _ w，?！?”．吸 附 膜 ， 可

16、減 小 甚 至 防 止 兩 摩 擦 表 面 的 直 接 接 觸 ，[ 3”s ’：R 。 e 三n d：從而提供 了一個低剪切阻力的潤滑界面， 降低了摩 D m p 0i[ J ]． w ，19 9‘7 ．2 0 3 - 2 0 4 , 6 9 7 - 7 0 2 ．擦系數(shù)， 并保護材料免于劇烈磨損 ·[ 4王偉華， 葛世榮 ． 填料特 性對 尼龍 摩擦學(xué)性能 的影響 5結(jié) 論 及作用 機埋[ J ] · 中

17、 國礦 業(yè) 大學(xué)學(xué) 報，∞ 。 '。 ‘：6 I 95 2 3 ．1 ) G F增強尼龍基復(fù)臺材料的摩擦系數(shù)隨 G F[ 5 ] M a l o t oW， H a r u c h i y oY ． T h e ~ r i c t i o na n dw e a rp r o p -含量 的增加而下降 ， 達到最小值后 ， 又隨纖維含量 e l ' t i e so tn y l o n [ J ] - We a r

18、· 1 9 8 6 t 1 1 0 ： 3 3 1 — 3 3 9 -的增加而增大； 復(fù)合材料的耐磨性則隨 G F含量的[ 6 ] 王鵲泉， 曹立札， 等 · 尼龍 1 0 1 0 在 水潤滑下的摩擦學(xué)增加而提高 ． 當(dāng) G F的含量為 3 5時， 復(fù)合材料的 特性與磨損機 理[ J ： - 摩擦學(xué)學(xué)報, 1 9 g 7 ， 17 ( 2 ) ： 1 5 2 -耐磨性最優(yōu) ．。 ‘維普資訊 http://www.c