CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性
发布时间：2021-01-22 06:39
采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维（CF/PTFE）混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.
【文章来源】：摩擦学学报. 2016,36(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图1两种不同的CF/PTFE纤维混编织物排布方式
μ=MF·R磨损试验机上进行(最大摩擦力矩2N·m),双环接触端面摩擦磨损方式,试验原理见图2.下环试样采用经淬火处理的45钢环,硬度HRC45,尺寸Φ42mm×Φ20mm×10.5mm.上环试样为45钢背复合材料衬层,试环尺寸Φ34mm×Φ20mm×8mm,衬层厚度2.5mm.试样表面用砂纸打磨后抛光至表面粗糙度Ra为0.1μm,清洗干净.摩擦磨损试验条件:干摩擦,转速120~340r/min,法向载荷100~350N,时间1~2h.试验过程中测力传感器动态检测摩擦力矩M(单位:N·m),由公式计算得到摩擦系数(式中,F为法向载荷,单位N;R为环试样摩擦半径,单位m),作μ–t特性曲线.用Fluke红外热像仪分析试样摩擦过程中的温度场分布,ws(m3/N·m)=mρ·F·N·2πR用热电偶测量下试环摩擦面温度T.试环温度采用风冷控制方式.试验结束后用超声波清洗试样并烘干,用精度为0.1mg的电子天平称量磨损质量损失m(kg),用式计算比磨损率(式中ρ为材料密度kg/m3,N为试环总转数).采用ZEISSEVO10型扫描电子显微镜和牛津能谱仪对偶件和喷金处理后的复合材料磨损面进行观察和分析,用OlympusLEXTOLS4100激光共聚焦显微镜对磨损面的三维形貌进行表征.相同条件下同组试样(5件)进行重复性试验.树脂基体玻璃化温度测定采用美国TA公司DSC分析软件UniversalV3.7A完成,加热速度20K/min.2结果与讨论2.1材料摩擦磨损特性为考查纤维织物对环氧树脂基复合材料摩擦磨损特性的影响,试验制备了4类不同复合材料衬层,其基本特征如表1所示.图3为不同复合材料衬层在F=100N,n=240r/min时的典型摩擦特性.由图可知,无纤维增强的树脂基体衬层(No.1),初始摩擦系数在0.4~0.5范围内波动,随着摩擦时间t的延长,μ、T均快速上升,60min后μ值达0.7~0.8,T值接近140℃,材料摩擦特性明显恶化.碳织物增强复
材料性能的影响,首先,对树脂基体固化物进行了热失重分析,如图4(a)所示,获得材料玻璃化温度Tg=115.32℃.摩擦试验中通过增加法向载荷及减小速度的方式增大摩擦热、通过风冷加快摩擦热的传出,从而控制偶件钢环的温度.图4(b)所示No.3衬层初始摩擦阶段温度场表明,摩擦热主要聚集在衬层材料上,传向下环试样的热量远高于上环方向.因此,摩擦面温度升高的同时,衬层整体温度亦因较低的导热性而增加.图4(c)(d)表示试环在法向载荷分别为300N和350N、转速为240r/min和120r/min时的μ–t、T–t关系.由图可知,初始摩擦阶段衬层摩擦温度较低(30~60℃),μ值在0.2~0.3范围内波动,材料具有明显的减摩性能.随着t的延长,T值快速上升,μ值亦随之逐渐增大.在F=300N、n=120r/min工况下,t=50min时T达150℃,μ=0.5.此时对试环进行风冷,并控制偶件钢环温度在60~70℃之间,衬层摩擦系数快速降低,μ–t曲线平稳,稳态平均摩擦系数μ=0.33.图4(d)表示了No.3衬层在摩擦时间t=7min后即开启风冷,偶件温度控制在65~70℃之间,此时材料μ–t曲线平稳,稳态平均摩擦系数μ=0.30.综合可知,CF/PTFE纤维混编织物复合材料衬层在温度低于70℃时表现出优良的减摩性能,载荷、速度、摩擦时间的延长将使摩擦面温度上升,当积聚在衬层中的摩擦热不能有效传出时,材料摩擦系数将随时间逐渐上升,摩擦副温度高于复合材料基体玻璃化温度后的复合材料摩擦系数快速上升,摩擦特性恶化.载荷与转速除因对摩擦热的贡献使材料干摩擦特性产生上述类似的变化外,其对摩擦学过程的作用存在着另外的差异.这主要是因为摩擦速度在一定程度上还反映了发生摩擦磨损的距离,而接触压力则在一定程度上还对应着材料的变形情况.为考察CF/PTFE纤维混编复合材料衬层磨损性能及载荷与转速对摩擦学特性的影响,?
本文编号：2992761
【文章来源】：摩擦学学报. 2016,36(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图1两种不同的CF/PTFE纤维混编织物排布方式
μ=MF·R磨损试验机上进行(最大摩擦力矩2N·m),双环接触端面摩擦磨损方式,试验原理见图2.下环试样采用经淬火处理的45钢环,硬度HRC45,尺寸Φ42mm×Φ20mm×10.5mm.上环试样为45钢背复合材料衬层,试环尺寸Φ34mm×Φ20mm×8mm,衬层厚度2.5mm.试样表面用砂纸打磨后抛光至表面粗糙度Ra为0.1μm,清洗干净.摩擦磨损试验条件:干摩擦,转速120~340r/min,法向载荷100~350N,时间1~2h.试验过程中测力传感器动态检测摩擦力矩M(单位:N·m),由公式计算得到摩擦系数(式中,F为法向载荷,单位N;R为环试样摩擦半径,单位m),作μ–t特性曲线.用Fluke红外热像仪分析试样摩擦过程中的温度场分布,ws(m3/N·m)=mρ·F·N·2πR用热电偶测量下试环摩擦面温度T.试环温度采用风冷控制方式.试验结束后用超声波清洗试样并烘干,用精度为0.1mg的电子天平称量磨损质量损失m(kg),用式计算比磨损率(式中ρ为材料密度kg/m3,N为试环总转数).采用ZEISSEVO10型扫描电子显微镜和牛津能谱仪对偶件和喷金处理后的复合材料磨损面进行观察和分析,用OlympusLEXTOLS4100激光共聚焦显微镜对磨损面的三维形貌进行表征.相同条件下同组试样(5件)进行重复性试验.树脂基体玻璃化温度测定采用美国TA公司DSC分析软件UniversalV3.7A完成,加热速度20K/min.2结果与讨论2.1材料摩擦磨损特性为考查纤维织物对环氧树脂基复合材料摩擦磨损特性的影响,试验制备了4类不同复合材料衬层,其基本特征如表1所示.图3为不同复合材料衬层在F=100N,n=240r/min时的典型摩擦特性.由图可知,无纤维增强的树脂基体衬层(No.1),初始摩擦系数在0.4~0.5范围内波动,随着摩擦时间t的延长,μ、T均快速上升,60min后μ值达0.7~0.8,T值接近140℃,材料摩擦特性明显恶化.碳织物增强复
材料性能的影响,首先,对树脂基体固化物进行了热失重分析,如图4(a)所示,获得材料玻璃化温度Tg=115.32℃.摩擦试验中通过增加法向载荷及减小速度的方式增大摩擦热、通过风冷加快摩擦热的传出,从而控制偶件钢环的温度.图4(b)所示No.3衬层初始摩擦阶段温度场表明,摩擦热主要聚集在衬层材料上,传向下环试样的热量远高于上环方向.因此,摩擦面温度升高的同时,衬层整体温度亦因较低的导热性而增加.图4(c)(d)表示试环在法向载荷分别为300N和350N、转速为240r/min和120r/min时的μ–t、T–t关系.由图可知,初始摩擦阶段衬层摩擦温度较低(30~60℃),μ值在0.2~0.3范围内波动,材料具有明显的减摩性能.随着t的延长,T值快速上升,μ值亦随之逐渐增大.在F=300N、n=120r/min工况下,t=50min时T达150℃,μ=0.5.此时对试环进行风冷,并控制偶件钢环温度在60~70℃之间,衬层摩擦系数快速降低,μ–t曲线平稳,稳态平均摩擦系数μ=0.33.图4(d)表示了No.3衬层在摩擦时间t=7min后即开启风冷,偶件温度控制在65~70℃之间,此时材料μ–t曲线平稳,稳态平均摩擦系数μ=0.30.综合可知,CF/PTFE纤维混编织物复合材料衬层在温度低于70℃时表现出优良的减摩性能,载荷、速度、摩擦时间的延长将使摩擦面温度上升,当积聚在衬层中的摩擦热不能有效传出时,材料摩擦系数将随时间逐渐上升,摩擦副温度高于复合材料基体玻璃化温度后的复合材料摩擦系数快速上升,摩擦特性恶化.载荷与转速除因对摩擦热的贡献使材料干摩擦特性产生上述类似的变化外,其对摩擦学过程的作用存在着另外的差异.这主要是因为摩擦速度在一定程度上还反映了发生摩擦磨损的距离,而接触压力则在一定程度上还对应着材料的变形情况.为考察CF/PTFE纤维混编复合材料衬层磨损性能及载荷与转速对摩擦学特性的影响,?
本文编号：2992761
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