69国内精品一区二区三区 滑动摩擦磨损试验机规律及影响因素

摩擦的影响因素

1.温度的作用

有人在20℃以下和低温(-40℃)条件下，曾经测定聚 乙烯、聚甲基丙烯酸甲 酯、聚四氟乙烯的 摩擦系数 随温度的变化曲线。分析认 为，除了聚四氟乙烯外，在 这个温度区间内，其他几种纯高分子材料的 摩擦系 数 都随温度升高而增大，但不呈 线性关系。需要指出， s/Pm(s 为剪切强度， Pm 为屈服极 限)的比值随温度变化的 规律与 摩擦系数 一致，但数值却不相等。其中，聚四氟 乙烯的这两个值随温度下降 而逐渐增大。表5-4给出了几类 摩擦 副的 摩擦系数 随温度变化的情况，可以看 出，温度对 摩擦系数 的影响，并不大，这与金属的特性一致。温度超过80℃以后， 聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的表面太软，测定结果无意义了。

2.载荷的作用

一般认为，在重载下，高分子材料的接触界面上会产生塑性流动，遵循金属的 摩擦 定律，即接触的实际面积与作用载荷的大小成正比 。当载荷降低时，接触变为 黏弹性状态， 摩擦 机理也随之发生变化。一般来说，重载下高分子材料的 摩擦 系数 恒定，而当载荷降低时 摩擦系数 增大。在相当宽的载荷范围内进 行的实验结果证 明，高分子材料的 摩擦系数 随载荷的增大而缓慢下降，大致成比例。

不同载荷下酚醛树脂 摩擦系数 的数据见表5-5。但只能用这些数值分析变化 规律，得出定性概念，因为这些数值都太小，与其他资料所列的数值相差甚远，难以 体现酚醛树脂的典型 摩擦 性质(多数情况下，酚醛树脂在干 摩擦 时的 摩擦系数 要 高于0.1)。

3.速率的作用

在室温条件下，中、低速率范围内，高分子材料的 摩擦系数 随 滑动 速率 的增加 而增大，达到一个最大值。在高速下， 摩擦系数 随速率的增加而降低。大 多数高分 子材料具有低强度、低熔点、低导热率的性质。显然，在 摩擦 热可以忽略的低 滑动 速率下，可以用金属 摩擦 过程的黏着机理圆满地解释其 摩擦 特性。但是在 滑动 速 率很高的情况下，特别是当还有重载荷时，接触区产生的强 摩擦 热对其 摩 擦 特性起 决定性的影响。这时，界面层将软化甚至熔 融 “焊合", 摩擦系数 都将随 滑动 速率 的升高而降低。关于这种趋势的解释是，在高速高负荷下， 高分子材料在高温时分 解可提供一些气体润滑剂。例如 PA 66 的熔点约为26 5℃,它的 摩擦系数 随 滑动 速 率的增大不断减小，并且在相当高的速率下也不会增大。

4.表面润滑的作用

以上论述高分子材料的干 摩擦 机理时，只讨论 了理想状态，即高分子材料表面 与金属表面都是纯净的表面，即表面结构与整 体一样。但在工程实际中通常 不存在这种理想的状态。高分子材料表面很容易存在成型过程中添加的增塑 剂、 润滑剂、脱模剂与抗静电剂等，形成表面膜；高分子材料极易受到油污与尘埃 的污 染；高分子材料表面可以吸附水分子；高分子材料表面在温度、应力、水、氧、辐射等 影响下会降解或分解，产生低分子量产物等。上述三方面都可能使高分子材料产 生一定的润滑作用的表面膜。

5.黏弹性的作用

高分子材料的结构决定了其在受到外力作用时，既表现出弹性形变的性质又 表现出黏性形变的性质，即所谓黏弹性，它是高分子材料力学性质的一 个重要特 征。分子结构和相对分子质量的差异，都会对高分子材料的黏弹性特征产生显著 的影响，并改变其 摩擦 学特性。

高分子材料的黏弹性对 摩擦 性能的影响机理为，随着 滑动 表面的接触与分离， 在 滑动 接触点附近材料的受力变形将产生剪切、蠕变、松弛和回 复这些复杂的力学 效应，并引起阻尼损失(内耗)。 摩擦 阻力就是这种阻尼 损失的一部分。高分子材 料的黏弹性特征还会随温度和外力作用速率的快慢而变化，并导致材料的 摩擦 系 数随着载荷、速率和温度的改变在一个较大范围内变化。

另外，如高分子材料的表面取向、表面粗糙度、分子量、结晶度等因素也会使摩 擦行为产生影响。

磨损的影响因素

磨损 相对于 摩擦 来说是一个更为复杂的现象，其影响因素很多，凡是影响 摩擦 特性的因素，对 磨损 也有一定的影响。通常这些因素包括 摩擦 副材料、载荷、 滑动 速率、温度、运动情况、表面粗糙度等。但是，具有低的 摩擦系数 的高分子材料的磨 损率并不一定较小，具有高的 摩擦系数 其 磨损 也未必就大。比如纯聚四氟乙烯的 摩擦系数 特别小，耐磨性却很差，而尼龙的 摩擦系数 虽然高，但耐磨性却比 较好，因 此， 磨损 呈现纷繁复杂的关系，其规律性至今仍值得仔细探讨。

早期人们通过将高分子材料与钢对摩，发现以下规律。

(1) 磨损 与所承受的载荷成正比。

(2) 磨损 随着 滑动 速率的增大而增加。

(3) 磨损 随着温度的升高而增加。

(4)有润滑时 磨损 小，即润滑状态改善后 磨损 降低。即便只是使高分子材料含油，也可以使其 磨损 显著降低。例如低密度聚乙烯中含硅油5%或10%时，可以 使 磨损 率降低一个数量级。

(5)对摩面的粗糙度越小， 磨损 也降低(图5-2)。

(6)同种对摩材料，硬度大者 磨损 小，硬度小者 磨损 大。

(7)对摩材料的类型对 磨损 影响很大。通常说 “什么材料耐磨 ",这些论断并 不确切的。应当说什么材料与什么材料匹配、在什么状况、什么工况下耐磨才准 确。一般来说，同种材料对摩时 磨损 大于异类材料。聚乙烯在聚乙烯上 滑动 ，尽管 摩擦 力增大不到两倍，但 磨损 却很大。干 摩擦 时，超高分子量聚乙烯在相同材料上 滑动 ，其 磨损 程度比在不锈钢上的约高3个数量级。又比如 聚四氟乙烯，对摩面同 是金属，但却因金属品种不同，使聚四氟乙烯也表现出不同的耐磨性能，而且差别 极大。表5-6为聚四氟乙烯与不同金属对摩的相对磨耗。

其他因素如高分子材料的分子量、结晶度等的提高可以使 磨损 下降。然而，磨 损形式对高分子材料的 磨损 行为影响很大，如文献报道超高分子量聚乙烯具有优 良的抗沙浆冲蚀 磨损 性能。超高分子量聚乙烯的砂浆磨耗指数居常见高分子材料 ，比碳钢、黄铜还耐磨数倍。图5-3表示在沙浆 磨损 法测试下，超高分子量聚 乙烯的 磨损 性能与其他材料的 磨损 性能的比较结果。试验条件为：沙浆由2份水、 3份沙组成；试件的转速为900 r/ min ; 运转时间为7 h 。