影響摩擦系數(shù)的主要因素

影響摩擦系數(shù)的主要因素兩個(gè)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(dòng)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(dòng)摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)的大小取決于摩擦種類(lèi)、材料種類(lèi)、摩擦面的粗糙度等條件，不同種類(lèi)的摩擦系數(shù)大致如下：干摩擦系數(shù)為0.1—0.8，邊界摩擦系數(shù)為0.05一001;液體摩擦系數(shù)為0.001—0。1;滾珠摩擦系數(shù)為0。001—0.03，滾柱摩擦系數(shù)為0.002—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(duì)大多數(shù)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，載荷的變化會(huì)直接影響到摩擦系數(shù)。5:振動(dòng)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(duì)材料摩擦系數(shù)的影響，并分析了實(shí)際應(yīng)用中對(duì)薄膜摩擦系數(shù)的實(shí)際檢測(cè)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(duì)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(shí)需要嚴(yán)格控制材料的摩擦系數(shù)，如當(dāng)薄膜越過(guò)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(duì)摩擦系數(shù)的影響高分子材料分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變按照動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)稱(chēng)作松弛。溫度升高時(shí)，一方面可提高各運(yùn)動(dòng)單元的熱運(yùn)動(dòng)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(dòng)單元活動(dòng)空間，有利于分子運(yùn)動(dòng)，使松弛時(shí)間縮短,松弛過(guò)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(huì)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(lái)講，隨著環(huán)境溫度的升高，材料表面的摩擦系數(shù)會(huì)有一定的變化，但變化的大小因材料而異。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(duì)于不同的試樣，溫度的影響效果不同；而且對(duì)于同一試樣，隨溫度的上升，動(dòng)摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)很可能也不同于靜摩擦系數(shù)。例如對(duì)于PC膜，靜摩擦系數(shù)隨溫度升高的增長(zhǎng)趨勢(shì)比較穩(wěn)定，但動(dòng)摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)的波動(dòng)就很大，不過(guò)動(dòng)摩擦系數(shù)的整體趨勢(shì)也是增長(zhǎng)的。對(duì)于鋁箔復(fù)合膜，摩擦系數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)就不如PC膜，而且其動(dòng)摩擦系數(shù)隨溫度的上升基本保持穩(wěn)定.需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，在進(jìn)行74°C以上的摩擦試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的粘滑現(xiàn)象，即滑動(dòng)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(guò)程中的摩擦力常常既是拖動(dòng)力又是阻力，因此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(dòng)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(guò)小，否則有可能引起制袋成型時(shí)疊料不穩(wěn)定而產(chǎn)生錯(cuò)邊。外層摩擦系數(shù)太大會(huì)引起包裝過(guò)程中阻力過(guò)大致使材料拉伸變形，太小可能又會(huì)引起拖動(dòng)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(kāi)口劑和爽滑劑的含量以及薄膜的挺度、平滑度等因素都會(huì)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(shí)，應(yīng)特別注意溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。如之前所述，溫度不同會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)的顯著變化，需要通過(guò)實(shí)際檢測(cè)獲得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).某種材料的摩擦系數(shù)可能會(huì)隨著溫度的變化出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)或減少，也可能保持了一定的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性?？紤]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(cè)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(shí)還是可取的），也可以借助檢測(cè)設(shè)備的自控溫功能，如LabthinkFPT—F1就可以將試驗(yàn)溫度控制在室溫到99.9C之間，方便試驗(yàn)操作。車(chē)制動(dòng)摩擦片的常見(jiàn)問(wèn)題的分析!制動(dòng)摩擦片摩擦系數(shù)高低對(duì)制動(dòng)的影響？制動(dòng)摩擦片摩擦系數(shù)高低對(duì)制動(dòng)的影響？制動(dòng)摩擦片的摩擦系數(shù)過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響汽車(chē)的制動(dòng)性能.尤其是汽車(chē)在高速行駛中需緊急制動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)過(guò)低就會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)不靈敏，而摩擦系數(shù)過(guò)高就會(huì)出現(xiàn)輪胎抱死現(xiàn)象，進(jìn)而造成車(chē)輛甩尾和打滑，對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)摩擦片的適宜工作溫度為100~350C。但許多劣質(zhì)制動(dòng)摩擦片在溫度達(dá)到250C時(shí)，其摩擦系數(shù)就會(huì)急劇下降，而此時(shí)制動(dòng)就會(huì)完全失靈。一般來(lái)說(shuō)，按照SAE標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)摩擦片生產(chǎn)廠商都會(huì)選用FF級(jí)額定系數(shù)，即摩擦額定系數(shù)為0。35~0。45。制動(dòng)摩擦片的壽命與硬度的關(guān)系是怎樣的？制動(dòng)摩擦片的壽命與表面硬度并沒(méi)有一定的關(guān)系.但如果表面硬度高時(shí)，制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)盤(pán)的實(shí)際接觸面積小，往往會(huì)影響使用壽命。而影響制動(dòng)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(dòng)摩擦片的壽命為3萬(wàn)km,后制動(dòng)摩擦片的使用壽命為12萬(wàn)km。制動(dòng)時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象？往往是由于制動(dòng)摩擦片或制動(dòng)盤(pán)的變形造成的，這與制動(dòng)摩擦片和制動(dòng)盤(pán)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(dòng)盤(pán)厚薄不勻、制動(dòng)鼓的圓度差、制動(dòng)摩擦片的不均勻磨損，以及熱變形和熱斑等.除此之外，制動(dòng)卡鉗的變形或安裝不當(dāng)，以及制動(dòng)摩擦片的摩擦系數(shù)不穩(wěn)定也會(huì)引起制動(dòng)時(shí)抖動(dòng)。另外，如果制動(dòng)摩擦片在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率與懸掛系統(tǒng)產(chǎn)生共振時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。涉水后對(duì)制動(dòng)性能的影響？由于涉水后制動(dòng)摩擦片/蹄與制動(dòng)盤(pán)/鼓之間有一層水膜，減小了摩擦力，會(huì)影響制動(dòng)效果，而且制動(dòng)鼓內(nèi)的水也不容易散出.對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，這種涉水對(duì)于制動(dòng)效果帶來(lái)的影響會(huì)低一些，因?yàn)楸P(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)摩擦片接觸面積小，而且是暴露在外，不會(huì)存留水滴.在車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力的作用，制動(dòng)盤(pán)片上的水滴會(huì)很快散失，只要涉水后猛踩幾腳制動(dòng)就會(huì)去除殘留的水層.但對(duì)于鼓式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，在涉水后必須要邊走邊踩制動(dòng)，即邊踩油門(mén)邊踩制動(dòng)，連續(xù)幾次后可將制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間的水份蒸發(fā)掉,進(jìn)而恢復(fù)制動(dòng)效果。為什么制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲？制動(dòng)時(shí)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(dòng)盤(pán)的材料使用不當(dāng)或變形，制動(dòng)摩擦片的硬度、孔隙率、摩擦特性和壓縮特性不合格，制動(dòng)摩擦片和制動(dòng)盤(pán)受潮生銹（只需制動(dòng)幾次即可恢復(fù)），制動(dòng)摩擦片配方中的金屬絲太硬，制動(dòng)摩擦片磨損程度報(bào)警，以及機(jī)械式制動(dòng)摩擦片刮盤(pán)等原因引起的噪聲或尖叫。為什么新裝的制動(dòng)摩擦片有制動(dòng)偏軟的現(xiàn)象？在更換新的制動(dòng)摩擦片后可能會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)偏軟的現(xiàn)象，其可能有原因有：制動(dòng)摩擦片安裝不符標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)盤(pán)表面有污染而未清潔，制動(dòng)管路存在故障或制動(dòng)液不足，制動(dòng)液壓缸內(nèi)排氣不徹底，制動(dòng)盤(pán)過(guò)度磨損且表面不平整，以及制動(dòng)摩擦片質(zhì)量不合格。為什么會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)遲滯現(xiàn)象？出現(xiàn)制動(dòng)遲滯的現(xiàn)象，可能原因有：制動(dòng)器回位彈簧失靈，制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)盤(pán)間隙不當(dāng)或裝配尺寸過(guò)緊，制動(dòng)摩擦片熱膨脹性能不合格，以及駐車(chē)制動(dòng)回位不良.制動(dòng)時(shí)冒煙是為什么？制動(dòng)摩擦片中含有20%左右的有機(jī)物，溫度過(guò)高時(shí)會(huì)發(fā)生分解并冒煙，并在摩擦片表面形成一層油狀物質(zhì)，影響制動(dòng)效果。而發(fā)生這種現(xiàn)象可能的原因有：在下坡時(shí)頻繁制動(dòng)，引起溫度過(guò)高而冒煙；制動(dòng)摩擦片的配方中有機(jī)物含量不合格，超標(biāo)。制動(dòng)摩擦片的背板為何會(huì)脫落？制動(dòng)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(guò)高，不正確的安裝、撞擊和敲打。制動(dòng)摩擦片內(nèi)槽的作用？制動(dòng)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(zhǎng)2倍，并且不磨損軸，摩擦系數(shù)小（0.05）,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(shí)59分J、鋼纖維刁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(jià)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)X'、部，從而降低摩擦表面溫度，避免表面X、、溫度過(guò)高，防止樹(shù)脂基體團(tuán)熱分解而導(dǎo)致材料磨損加劇，延長(zhǎng)了制品的使/、、用壽命。但鋼纖維制成的摩擦材料質(zhì)NA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(dòng)振動(dòng)和抖動(dòng)［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(duì)摩擦性能無(wú)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(dòng)噪聲［2］。目前，鋼纖維增強(qiáng)摩擦材料在我國(guó)多種汽車(chē)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(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，產(chǎn)量較大，價(jià)格也相對(duì)比較便宜。玻璃纖維屬于無(wú)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(shù)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(guó)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(duì)載荷、滑動(dòng)速度及制動(dòng)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］0玻璃纖維用作摩擦材料的增強(qiáng)纖維有一定的要求。玻璃纖維應(yīng)較柔軟，而含15-30%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(shuō)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.①硬度過(guò)高，磨損比石棉增強(qiáng)材料大；②當(dāng)溫度超過(guò)800°C時(shí)易形成玻璃珠，而玻璃珠莫氏硬度更高，材料磨損量會(huì)進(jìn)一步增加；③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(C/C)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(chē)用復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、抗熱沖擊性好、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是新一代的航空剎車(chē)副［9、10］。目前，國(guó)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(chē)副.但用作一般民用的摩擦材料還存在以下障礙；①碳/碳復(fù)合材料制作工藝復(fù)雜成本很高，原材料價(jià)格也較高，產(chǎn)量有限。②現(xiàn)有的碳纖維一般為長(zhǎng)纖維，而應(yīng)用于摩擦材料中的增強(qiáng)纖維一般是2—5mm的短纖維。這一點(diǎn)目前較難達(dá)到。③碳纖維尤其是高模量石墨纖維的表面是惰性的，與樹(shù)脂的潤(rùn)濕性、粘附性差，所以皮制備碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)，須對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理，以提高碳纖維與樹(shù)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(guò)這些基團(tuán)使碳纖維與樹(shù)脂基體之間產(chǎn)生化學(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(shí)，一般都要經(jīng)過(guò)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(guò)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(jià)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)纖維可以提高材料摩擦性能的穩(wěn)定性，明顯降低磨損量，對(duì)于降低制動(dòng)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(jià)格、表面處理、分散工藝等問(wèn)題，有待進(jìn)一步研究。5、礦物纖維礦物纖維取材廣泛，且價(jià)格低廉，也逐步引起人們的注意。用價(jià)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(gè)重要課題。礦物纖維也存在以下缺陷：①一般合結(jié)晶水，高溫制動(dòng)時(shí)易脫水，材料性能不太穩(wěn)定；②質(zhì)量不穩(wěn)定；產(chǎn)品質(zhì)量受產(chǎn)地、產(chǎn)時(shí)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(lèi)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(lèi)號(hào)：TH11711文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：0254-0150(2008)8-098-4

ResearchonTribologicalBehaviorsofPTFECompositesatHighTemperatureDengLianyongFanQingPengBingWangYong（GuangzhouMechanicalEngineeringResearchInstitute,GuangzhouGuangdong510700,China）Abstract:ThetribologicalbehaviorsofPTFEcompositesathightemperaturewasstudiedandcomparedwiththoseatnormaltemperature.Itisindicatedthatthecompositesfilledwithbronzepowderorfibersshowdifferentfrictionandwearpropertiesatnormalandhightemperature，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(rùn)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，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(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)高溫下摩擦磨損性能鮮見(jiàn)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(shí)，材料的摩擦性能，耐磨性能，耐壓性能是材料設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮的因素。PTFE雖然是耐熱性的高聚物，但仍會(huì)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(lèi)填料，青銅粉，玻璃纖維以及聚酰亞胺（PI），聚苯酯（EKONOL）等對(duì)PTFE進(jìn)行改性，并模擬無(wú)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(cè)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(gòu).實(shí)驗(yàn)所用的聚四氟乙烯復(fù)合材料的制備工藝為：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(jiàn)表1。表1PTFE復(fù)合材料配方Table1PTFEcompositesformula編號(hào)配方1#PTFE+PI+碳類(lèi)填料2#PTFE+PI+碳類(lèi)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(lèi)填料(中等填充量)6#PTFE+碳類(lèi)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(guó)外產(chǎn)品；復(fù)合材料721#,722#分別為國(guó)外兩家著名公司產(chǎn)品。112測(cè)試儀器及測(cè)試條件在每次試驗(yàn)前，將樣品及對(duì)偶表面用丙酮棉球擦洗干凈，并在空氣中晾干。11211MM2200摩擦磨損測(cè)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(cè)試條件為：摩擦副：45#鋼環(huán)；接觸方式：面接觸；運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)式滑動(dòng)摩擦；測(cè)試速度:0142m/s;測(cè)試溫度：常溫；測(cè)試時(shí)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：|i=M/(FR)式中：M為摩擦力矩(Nm);F為載荷(N)小為對(duì)磨環(huán)的半徑(m).磨損率按照下面公式計(jì)算［5］：Ws=AV/(pL)AV^14bh/3h=R-(R2—b2/4)015式中：R為對(duì)偶環(huán)半徑(mm);b為磨痕寬度(mm)，磨痕寬度用精度為0101mm的讀數(shù)顯微鏡測(cè)得；AV為磨損體積(mm3);p為載荷(N);L為滑行距離(m).11212SRV高溫摩擦磨損測(cè)試實(shí)驗(yàn)所用的SRV2IV型高溫摩擦磨損儀為德國(guó)Optimol公司生產(chǎn).其測(cè)試條件為：摩擦副：灰鐵（HT200）;接觸方式：面接觸；運(yùn)動(dòng)方式：往復(fù)滑動(dòng)摩擦；測(cè)試壓力：500N（517MPa）；測(cè)試頻率：60Hz;行程：1500|im;測(cè)試溫度：180°C;測(cè)試時(shí)間：60min。磨損量為樣品表面磨損深度（精確到011^m）,摩擦因數(shù)和磨損量均有計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(cè)試結(jié)果.可以看出，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)樘盍系膭傂源螅萈TFE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(shí)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(huì)，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(duì)PTFE產(chǎn)生了束縛作用，可以阻止PTFE的形變位錯(cuò)和分子鏈的運(yùn)動(dòng)，從而提高耐磨性。如4#,8#配方中由于纖維類(lèi)填料存在，對(duì)于機(jī)械混合的試樣來(lái)說(shuō)，其中纖維的排列是雜亂無(wú)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(lèi)的減磨效果最佳，但纖維類(lèi)填料會(huì)導(dǎo)致摩擦因數(shù)上升較大，且容易磨損金屬對(duì)偶件.（3）對(duì)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(duì)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(lèi)填料中的石墨則由于本身層狀結(jié)構(gòu)，具有自潤(rùn)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(rùn)滑膜，由于石墨潤(rùn)滑膜存在，并與PTFE膜協(xié)同作用，因而可以減少磨損.由于PTFE和石墨都具有優(yōu)良的自潤(rùn)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(lái)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(shì)，似乎可以互相代替使用.但對(duì)于PTFE復(fù)合材料而言，其更多應(yīng)用于溫度較高場(chǎng)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(dòng)以及氣體的壓縮，使材料所處的環(huán)境溫度超過(guò)150C甚至達(dá)到200C。高溫下復(fù)合材料發(fā)生的變化要更為復(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°C時(shí)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(cè)試環(huán)境溫度為180C，再加上PTFE與金屬接觸產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦生熱，摩擦接觸點(diǎn)處溫度會(huì)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(huì)增加它的化學(xué)活性，但會(huì)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PTFE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(guò)磨損后與材料表面產(chǎn)生的位移"目對(duì)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(lèi)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(duì)磨的進(jìn)行呈上升趨勢(shì).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(wú)法包含更多填料，隨著摩擦的進(jìn)行，填料不斷從基體脫落出來(lái)，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(duì)較大波動(dòng)的原因.同時(shí)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(rùn)滑材料，摩擦因數(shù)和磨損量在三者中相對(duì)較低.因此對(duì)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(lèi)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(lái)說(shuō)由于纖維的加入會(huì)提高耐磨性，同時(shí)也會(huì)增加摩擦因數(shù)，但是經(jīng)過(guò)在180C溫度下多次重復(fù)性測(cè)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(duì)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(lèi)填料PTFE復(fù)合材料具有良好高溫摩擦磨損性能，這與碳類(lèi)填料本身與PTFE有良好的相容性有關(guān)，即使在高溫下此類(lèi)填料的相容性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)其它類(lèi)填料。由于碳類(lèi)填料價(jià)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(guò)不同碳類(lèi)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(guó)外某知名公司和廣州機(jī)械科學(xué)研究院密封研究所研制的填充碳類(lèi)復(fù)合材料的摩擦磨損性能對(duì)比?？梢钥闯?，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(duì)磨損量也依次增大(見(jiàn)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(chǎng)合)。8#材料雖然摩擦因數(shù)較高，但摩擦曲線平穩(wěn)(而國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品523#摩擦曲線則呈上升趨勢(shì)).碳類(lèi)填充的復(fù)合材料不僅與填料本身特性有關(guān)，同時(shí)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(lèi)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(duì)金屬對(duì)磨件幾乎沒(méi)有任何磨蝕作用，同時(shí)又具有一定的自潤(rùn)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(lèi)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](méi)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(rùn)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(duì)磨損量)也