PTFE基復合材料中混合填料對摩擦學性能影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、聚合物基復合材料在與金屬表面發(fā)生相對滑動的過程中，會在對偶件金屬表面形成一層轉(zhuǎn)移膜，轉(zhuǎn)移膜的質(zhì)量對于提高復合材料的摩擦學性能具有十分重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移膜的形成是一個伴隨著局部碎片脫落和再修復的動態(tài)過程，了解其動態(tài)變化過程對于研究轉(zhuǎn)移膜的形成機理及其對摩擦學性能的影響至關(guān)重要，但由于一般的實驗條件的限制，很難觀察到轉(zhuǎn)移膜的動態(tài)形成過程，這也在一定程度上制約了對聚合物材料摩擦學性能的研究。
　　鑒于此，本文利用基于離散元法開發(fā)的

2、二維顆粒流軟件(PFC2D)建立了PTFE復合材料/45＃鋼摩擦副系統(tǒng)的摩擦磨損離散元計算模型，再現(xiàn)了PTFE與45#鋼的動態(tài)摩擦過程。在此基礎(chǔ)上，重點探究了復合材料中混合填料Cu、石墨的添加對PTFE復合材料磨損性能、轉(zhuǎn)移性能、轉(zhuǎn)移膜粘結(jié)強度、摩擦系數(shù)以及相關(guān)的力學性能（壓縮性能、剪切性能）的影響。并運用統(tǒng)計學中的相關(guān)性分析研究了PTFE復合材料的磨損性能、摩擦系數(shù)分別與轉(zhuǎn)移膜粘結(jié)強度、材料的壓縮強度、剪切強度之間的相關(guān)性。基于以上研

3、究，本文主要得出如下創(chuàng)新性結(jié)論:
　　(1)在PTFE與45#鋼滑動摩擦過程中，45#鋼粗糙表面會對PTFE產(chǎn)生剪切擠壓作用，使位于接觸表面的PTFE被拖拽下來形成PTFE碎片，部分脫落的碎片粘附于對偶件表面從而形成轉(zhuǎn)移膜。隨著摩擦的進行，轉(zhuǎn)移膜逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移膜能夠有效地減小摩擦、降低磨損。且轉(zhuǎn)移膜的形成并不是一成不變的靜態(tài)過程，而是一個伴隨著轉(zhuǎn)移顆粒不斷脫落與再修復的動態(tài)過程。
　　(2)復合材料中的混合填料Cu

4、、石墨對其摩擦學性能具有顯著的影響，轉(zhuǎn)移顆粒數(shù)隨著混合填料中Cu質(zhì)量分數(shù)的增加而增加，輔助填料石墨的加入能夠在一定程度上增加轉(zhuǎn)移顆粒數(shù)，混合填料對形成的轉(zhuǎn)移膜粘結(jié)強度具有類似的影響;混合填料的加入能夠有效地改善PTFE的磨損性能，磨損量隨Cu含量的增加而減小，而石墨對其的增強效果對載荷具有一定的敏感性;復合材料的宏觀摩擦系數(shù)隨著混合填料中Cu含量的增加而增大，石墨的加入能夠有效降低摩擦系數(shù)。
　　(3)復合材料中的混合填料Cu、石

5、墨對復合材料的壓縮性能、剪切性能影響明顯。兩種性能均隨著填料中Cu質(zhì)量分數(shù)的增加而增強。輔助填料石墨的加入能在一定程度上提高復合材料的壓縮性能，且這種增強效果隨著混合填料中Cu含量的增加而遞減。而石墨對復合材料剪切性能的影響較為復雜，其影響效果隨著混合填料中Cu含量的增加先增強后減弱。
　　(4)通過對復合材料的摩擦學性能與力學性能的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，材料的磨損性能與其轉(zhuǎn)移膜粘結(jié)強度、材料的壓縮強度之間的相關(guān)關(guān)系較強，而摩擦系數(shù)僅與