炭纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学行为

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第2期高分子材料科学与工程v。1．21，N。．22005年3月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGMar．2005炭纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学行为贾均红，陈建敏，周惠娣，张定军，顾玉寰(1．中国科学院兰州化学物理研究所，固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州730000；2．兰州有色金属建筑研究院，甘肃兰州730000)摘要：考察了炭纤维及PTFE增强PEEK复合材料在干摩擦和水润滑下的摩擦学性能，并研究了该复合

2、材料在两种条件下的磨损机理。结果表明，干摩擦下复合材料的摩擦系数和磨损率随负荷的增加不断减小；水润滑下复合材料的摩擦系数随负荷的变化不大。磨损率随负荷的增加而增大。干摩擦下，复合材料的磨损以粘着磨损和磨粒磨损为主。水润滑条件下，磨损表面比较光滑，仅有微切削的痕迹·磨损方式以轻微磨粒磨损为主。干摩擦条件下，摩擦对偶表面仅有轻微的犁沟形成，表面形成一层薄而均匀且结合紧密的转移膜。水润滑下，对偶表面犁沟较深，犁州作用明显，转移膜的形成被明显抑制。水的冷却作用使得向摩擦对偶的粘着转移明显减轻，同时由于摩擦表面吸附水膜的边界

3、润滑作用。显著改善复合材料的摩擦磨损性能。关键词：聚醚醚酮；复合材料；炭纤维；水润滑；转移膜中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1000-7555(2005)02-0208—05聚醚醚酮(PEEK)是一种半晶热塑性聚合大影响[5叫]。物。为改善其摩擦学性能，常添加硬质填料、固鉴于PEEK复合材料在水环境条件下的体润滑剂及纤维，特别是炭纤维；或者进行表面摩擦学特性研究的相关报道还不多见，笔者考特殊处理，以降低摩擦，增加耐磨性LIqj。PEEK察了炭纤维及PTFE增强的PEEK复合材料复合材料可以在较高温度下

4、用来制作特殊工况的摩擦学性能，研究了水润滑条件下载荷和速下的机械零件。J．FlockE23和J．HanchiE33等研究度对复合材料摩擦磨损性能的影响，并探讨了了纤维增强PEEK的摩擦学性能，结果表明，其磨损机理。在炭纤维含量为1O～2O时复合材料的摩1实验方法擦学性能最好，明显优于玻璃纤维增强。B．PEEK精细粉：吉林大学生产，粒度小于BriscoeE47研究认为，在众多的填料当中，PTFE100m；短切炭纤维：经过高温活化处理，长度表现出奇特的降低磨损的能力，PTFE可以在小于1mm；聚四氟乙烯：粒度控制在50

5、m以牺牲很小耐磨性的前提下，明显降低PEEK的下。摩擦系数，其中以5～20性能最佳。当将质量分数为15的炭纤维和5的PEEK复合材料与金属材料配副时，通常在金PTFE与余量PEEK模塑粉混合搅拌均匀。然属表面形成厚度在纳米到微米范围内结构、成后将混合料放人模具中，以10C／min的速率分均与原材料不同的聚合物转移膜，其性能、厚升温到340C，加压5MPa~8MPa，保温保压度及连续程度等均对摩擦副的摩擦学性能有很收稿日期：2003—06一l8：修订El期：2003—08—07基金项目：国家自然科学基金(599255

6、13)；浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放课题(9905)及中国科学院国防创新基金资助作者简介：贾均红(】975一)。男。博士研究生。E—mlal：jiajh75@sina．corn．维普资讯http://www.cqvip.com第2期贾均红等：炭纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学行为2098rain，自然冷却至100℃卸压开模，得到复合纹度和微观孔穴等，这都有利于水的存留与渗材料模压件；再通过机加工制得试验样品，试块透，从而改善了摩擦副表面的润滑状态。所以水尺寸为30mm×7mm×6mm。润滑下，

7、复合材料的起始摩擦系数比干摩擦明摩擦学性能评价在MM一200型摩擦磨损显降低。随着摩擦的进行，摩擦热导致PEEK试验机上进行，对偶采用1Cr18Ni9Ti不锈钢失水而使摩擦系数增加，当吸附和蒸发达到平环，外径尺寸为40mm。试验条件：滑动速度为衡时，摩擦达到稳态。0．43m／s，载荷为200N～700N，摩擦周期602．1．2稳态摩擦系数和磨损率随载荷的变化：rain。试验前，试样和试环均经900水砂纸打磨水润滑和干摩擦下PEEK复合材料的稳态摩和丙酮超声波清洗，样品表面的平均粗糙度尺^擦系数随负载的变化如Fig．

8、2a所示。可以看为0．1m～0．18m。以每分65~70滴的速度出，干摩擦条件下复合材料的摩擦系数随负荷滴注蒸馏水到摩擦副接触表面上实现水润滑。的增加不断减小，而在超过一定载荷时摩擦系摩擦力矩经数据采集系统记录，并换算成摩擦数的降低显著减缓。这是因为PEEK为半晶热系数。用精度为0．01mm的读数显微镜测量试塑性聚合物，在温度升高时依次存在玻璃态，粘样磨痕宽