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干摩擦和水潤滑摩擦條件下摩擦系數(shù)隨磨損時間的變化

閱讀:1042發(fā)布時間:2023-5-16

一、環(huán)氧樹脂/聚服復合材料的摩擦磨損

   環(huán)氧樹脂與聚脈基聚醚C Polyurea混合后形成環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料,其中聚脈的含量為1 Owt.。本節(jié)將考察不同試驗條件下,純環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦磨損性能。

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二、摩擦磨損性能

   4-1和圖4-2所示為干摩擦條件下,接觸載荷為98N時,環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦系數(shù)和磨損質量損失隨磨損時間的變化曲線??梢?,在磨損的初始階段,材料的摩擦系數(shù)都隨磨損時間的增加而明顯增加,大約20分鐘后會基本趨于穩(wěn)定,純環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)較高,加入聚脈后,摩擦系數(shù)明顯降低(4-1 >。所有材料的磨損質量損失都隨磨損時間的延長而增大,純環(huán)氧樹脂的磨損質量損失要顯著高于環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損質量損失(4-2 >。相同的實驗條件下,環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦系數(shù)和磨損質量損失都比純環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)和磨損質量損失低。

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   4-3和圖4-4所示為水潤滑條件下,接觸載荷為98N時,環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦系數(shù)和磨損質量損失隨磨損時間的變化曲線??梢姡h(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦系數(shù)明顯低于純環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù),而且純環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)隨著磨損時間的延長而逐漸增加,而環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦系數(shù)則相對比較穩(wěn)定(4-3 >;純環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損質量損失均隨磨損時間的增加而迅速增加(4-4 > 。

   水潤滑條件下,環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的摩擦系數(shù)均比干摩擦時低,但是磨損質量損失卻比干摩擦時高,這是由于水的存在起到了潤滑和冷卻作用,并且在鋼輪表面形成水膜,減少了粘著磨損所致。相同的試驗條件下,聚脈的加入可顯著降低純環(huán)氧樹脂的摩擦系數(shù)和磨損質量損失,提高了復合材料的耐磨性。

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三、磨損表面形貌分析

   4-5所示為干摩擦條件下,接觸載荷為98N,磨損時間為60min時,環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損表面形貌的SEM照片。由圖4-5 ( a可見,純環(huán)氧樹脂磨損表面具有明顯的犁溝,表明犁溝磨損和粘著磨損是主要的磨損機制;由圖4-5 ( b >可見,環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損表面有細小的裂紋,表面相對比較平整,表明疲勞磨損是主要的磨損機制。聚脈的加入,提高了環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的韌性,從而提高了復合材料的耐磨性。

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   4-6所示為干摩擦條件下,接觸載荷為98N,磨損時間為60min時,環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損表面形貌與斷口形貌在高倍下的掃描電鏡照片。由圖4-6 ( a可見,由于純環(huán)氧樹脂較脆,在周期性摩擦力作用下,聚合物發(fā)生強烈力降解而產(chǎn)生脆性剝落,使材料的耐磨性能顯著下降,磨損表面樹脂基體發(fā)生微觀片狀脫落,這與其高載荷下較差的抗磨性相對應。圖4-6(b>為環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料經(jīng)液氮冷凍脆斷斷口的掃描電鏡照片。從電鏡照片中可以看到,環(huán)氧樹脂復合材料中分散相聚脈顆粒的分布比較均勻,而且粒子的形狀比較規(guī)則,而環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損表面的掃描電鏡照片表明,部分聚脈粒子發(fā)生了塑性變形(4-6 ( c,表明聚脈的加入,提高了韌性,吸收了摩擦剪切能,從而提高了復合材料的耐磨性。從圖4-6 (b>(CJ可以看出環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料中部分顆粒脫落和斷裂后形成的孔洞,這與橡膠顆粒的增韌機理一致,由此可見聚脈的加入提高了復合材料的韌性。

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四、紅外譜圖分析

 4-7所示為干摩擦條件下,接觸載荷為98N,磨損時間為60min時,環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料的磨損前的碎屑及磨屑的FT-IR譜圖??梢?,復合材料的紅外譜圖相當復雜,與磨損前相比,磨損后C-H鍵和C-O鍵的吸收峰明顯增強,表明在干摩擦過程中,環(huán)氧樹脂表面己被氧化。

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 聚脈是通過縮聚反應合成的,當溶解在某種溶劑時,一定量的聚脈會解聚而產(chǎn)生聚合,形成一個平衡的縮聚反應。此時,聚脈是溶質,環(huán)氧樹脂是反應性溶劑。環(huán)氧樹脂很容易與聚脈解聚時形成的端氨基和其它的氨基反應,聚脈大分子由于該反應而不能聚合,使得平衡發(fā)生移動,以降低聚脈的分子量。圖4-8所示為120 0C下環(huán)氧端基和聚脈共聚體的反應方程式,可見,由于聚脈共聚體解聚時形成的端氨基和其它的氨基與環(huán)氧端基反應,生成H-O鍵。

 4-9所示為純環(huán)氧樹脂與環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料磨損前碎屑的FT-IR譜圖??梢姡c純環(huán)氧樹脂相比,環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料中的H-O鍵的吸收峰明顯強于C-O鍵的吸收峰。這是由于環(huán)氧樹脂/聚脈復合材料中環(huán)氧端基與聚脈反應,生成了更多的H-O鍵,從而削弱了C-O鍵特性,增強了H-O鍵特性,使C-O吸收頻率降低,這與圖4-8所示的反應方程式的分析結果一致。環(huán)氧端基與聚脈的反應使得更多的環(huán)氧分子融入分散相中,從而提高了復合材料的耐磨性。

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