复合材料摩擦磨损试验

范招军等 ： 复合材糌瘴擦磨损试验
复 合材 料摩 擦 磨 损试 验
范招 军 陈晓 萌 王 文
（ 上海大学 机 电工程及 自动化学 院， 上海 ２ ０ ｏ ０ ７ ２ ）
摘
要： 本文介 绍了一 台环块式试验机 ， 用 于研究复合材料摩擦磨损性能。试环（ 钢环 ） 和柱状 Ｐ Ｓ Ａ ｆ ／ Ｆ Ｅ复合材料 的对摩 形成摩擦 副， 摩擦副 的存在产生
的频率大 。不能很好 的模拟衬垫材料的实际工况 ； 因此 ， 为了研究 Ｐ Ｓ Ａ ／ Ｆ Ｅ复合材料的摩擦磨损性能， 本 文中 自主设 计并 研 发 了一 台环 块 式 摩 擦磨 损试 验 机 ， 用 于研 究衬垫材料 的摩擦磨损性能试验 ， 试验载荷添加易 于实 现， 试样装夹方便、 可靠 ； 可以试验不 同频率及 载荷条件
试 环转 速 ： （ ０— ４ ６ ０ ） Ｉ １ ） ｍ；
（ ４ ） 载荷 加载 范 围 ： （ ０～２ ｏ ０ ） Ｎ； 试 验件 上 的载 荷 范 围是 （ ０～ ４ ０ ｏ ） Ｎ；杠杆 比 １ ： ２；
（ ５ ） 摩擦力测量范 围： （ ０— ２ ０ ） Ｎ ； 测量精度误差小
１ 引 言
损试 验机 、 切入 式摩 擦 磨 损 试 验机 、 环 块 型试 验 机 等 ； 这 些试 验机 的价 格 比较 昂贵 ， 一 般 的载荷 变化 范 围小 ， 运动
聚 四氟 乙烯 （ Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ） 是一种应用 广泛 的热塑性塑 料 ， 具
有超高的化学稳定性 ， 可在（ 一 １ ９ ｏ一 ２ ６ ０ ） ℃条件下连续使
于０ ． ２ ％。
Байду номын сангаас图 １ 聚 四氟 乙 烯分 子 结构 （ １ ９ ℃）
２ ． ２ 试验 机 工作原 理 通 过该试 验机 ， 可 获得试 验 过程 中的摩擦力 、 摩擦 系
数 随时 间变化 的数 据 。试验 机结 构如 图 ２所示 。
目前 国 内外 常用 的摩擦 学试 验机 主要 盘销 式摩 擦磨
材料的摩擦磨 损性 能。 关键词 ： Ｐ ｓ Ａ ， ／ ｍ Ｅ复合材料 ； 试验机 ； 环块 ；摩擦磨损 中图分类号 ： Ｔ Ｂ ９ ３ 文献标识码 ： Ａ 国家标 准学科分类代码 ： ４ ６ ０ ． ４ ｏ ９ ９
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ Ｎ
摩擦力 ， 采用压 力传感器测量实验 中产生 的摩擦力 ， 并间断测量试件的磨损量参数 ， 通过摩擦力 和磨损量 的参数变化来研究 Ｐ ｓ Ａ 『 ／ Ｐ ｒ Ｆ Ｅ复合材料 的摩擦磨 损性 能。试验机采取直线导轨滑块机构 ， 将摩擦副处旋转产生 的摩擦力转换 成水平 力 ， 四个 直线轴承保 证 了载荷 垂直作 用于试环 试块 ， 避 免发生偏 载现 象； 通过多次对柱 状 Ｐ ｓ Ａ ｆ ／ Ｆ Ｅ复合材料的试验 ， 证明该试 验机工作 的稳定性 ， 通过研究柱状 Ｐ Ｓ Ａ ｆ ／ Ｆ Ｅ复合材料磨损过程 ， 分析其摩擦磨损机理 ， 并评判
纤维进行基 体增强 。但 目前 常用有机纤 维如 Ｐ Ｐ Ｓ 、 Ｎ ｏ — ｍ ｅ ｘ 、 Ｋ ｅ ｌ ｖ ￣等 ， 长期 使用温度不超过 ２ ｏ ０ ℃ 。 而芳 砜 纶
（ ａＭ ） ｒ 长期使 用 温度 可达 ２ ５ ０ ℃， 有 强 度高 、 尺 寸稳 定 性 好 等特 点 ， 将 芳砜 纶 与 聚 四氟 乙烯 复 合 有望 获得 一 种 摩 擦 磨损 性 能优异 的 耐高温 复合 材料 ， 应 用于轴 承 、 导轨 等
（ ２ ） 测量范围： 柱状 ｓ Ａ ／ 肿 Ｅ复合材料 的外径 （ ８
一
摩擦零部件 ， 满足苛刻工况下的使用要求。故对复合材 料 的摩 擦学 性能 研究 尤其 显 的至关 重要 。
＆１ ２ ） ｍ ｍ；
（ ３ ） 主轴 的 旋 转 速 度 ： （ ０—１ ４ ｏ ０ ） 印ｍ； 减速 比 １ ： ３ ；
用， 具有优异的自润滑性 ， 且静摩擦系数为塑料 中最低 ， 因此 ， Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ是一种重要 的防腐和减摩材料 ， 其分子结构 如图 ｌ 所示 。但 纯 Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ机 械 强度 低 、 抗 蠕 变 性差 ， 且 不
耐磨损 ， 尤 其在 高温 加 载 使 用环 境 中 ， 易发 生 塑 性 变 形 ， 导致材 料 失效 。为 克 服 Ｆ Ｅ 的缺 点 ， 常 用 添 加 填 料 的
一６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ７ ． １ ２ ． ０ １ １
Ｆｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｗｅ ａ ｒ Ｔｅ ｓ ｔ ｏ ｆ Ｃｏ ｍ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ
Ｆ ａ ｎ Ｚ ｈ ａ ￣ ｕ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｘ ｉ ａ ｏ ｍｅ ｎ ｇ Ｗａ Ｉ ｌ ｇ Ｗｅ ｎ
下 的摩擦磨 损试 验 。试 验机通 过 测量 实验 中衬垫 材料 的
方式对 Ｆ Ｅ进行改性处理 ， 提高材料 的耐磨 性能。常
用 的填 料 改性方 式 主要是 采用 玻璃 纤 维 、 碳纤 维 、 芳纶 等
摩擦副处的摩擦力和试件 的磨损量及 其相互关系 ， 来研
究复 合材料 的摩 擦磨 损 性能 。 ２ 试 验机 的技 术参 数与 工作 原理 ２ ． １ 主要技 术参 数 （ １ ） 测 量项 目： 柱状 ｓ Ａ ／ Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ复 合材 料 的摩擦 系数 和磨损 量 ；
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ５—２ ７
计量与测试技术 ２ ｏ ｌ ７牟 第４ ４ 基 第７ ２ 崩
（ 电 或电流 ） ， 从而 完成 ｒ 将外力变换为电信号 的过程
（ ４ ） 导轨 滑块 系统 ： 导轨 滑块 系 统之 间足 滚 动摩 擦 ，
具 有摩擦 阻 力小 、 随 动性 好的特 点 ； 导轨 滑块将 旋转 的 摩 擦 力转换 成 水平方 向的 摩擦 力 ， 然 后直 接 作 用 于 压 力 传 感器 Ｉ 由于摩擦 副 的对 磨产生 的摩 擦 力一直 保持 在 同