高分子聚合物摩擦材料

高分子聚合物摩擦材料作者：林荻淳目录.摩擦磨损形式及机理.摩擦副材料设计要求.高分子聚合物摩擦特征.影响高分子聚合物摩擦性能因素.改善高分子聚合物摩擦磨损性能的方法.高分子聚合物摩擦材料选料标准及工程考虑因素.小结.摩擦磨损形式及机理:(1)粘着磨损(2)磨料磨损(3)疲劳磨损(4)腐蚀磨损.摩擦副材料设计要求：不仅要求具有耐磨性，还要求减摩性。(1)足够的承载能力。在一定的工作条件下抗压强度、抗塑性形变能力、抗疲劳性能，以及相应的高温性能高温抗拉强度、高温抗蠕变性、高温抗疲劳强度(2)良好的表面性能。即要有一定的塑性形变能力和良好的适应性，包括顺应性、嵌入性和磨合性。顺应性是指轴承材料靠表面的弹塑性变形补偿对中误差和顺应其他几何误差的能力。嵌入性是指轴承材料能嵌藏污物、颗粒以减轻挂上或磨料磨损的能力。磨合性是指轴承材料经短期轻载运转后能减少表面粗糙度使摩擦副表面相吻合的性质。(3)良好的物理、化学性能。搞得导热性和热容量，热膨胀系数小、对边界润滑膜的吸附性强，抗腐蚀性好，以利于摩擦热导出防止咬合，以利于边界润滑膜的形成和保护理想的滑动摩擦副简单图示：2.2高分子材料与金属材料对比:2.2.1高分子材料特点：1、密度小2、强度低，比强度搞3、低弹性模量，高弹性4、优良的减摩、耐磨、自润滑属性5、可加工性好6、导热性差2.2.2金属材料特点：1、弹性模量大、抗拉强度高2、导热性高3、表面硬度高4、高温综合性能好，高温下抗拉轻度、抗蠕变性好2.2.3摩擦中形变机理差异：金属材料与高聚物材料在形变行为方面最大的差异是前者表现出弹塑性形变，而后者粘性行为对形变影响极大。与金属材料相比，聚合物导热性差，摩擦过程中产生的热量容易在接触区域积累，导致摩擦界面温度上升、摩擦过程中接触区域的温度对聚合物材料的摩擦学性能影响巨大。高分子聚合物摩擦特征分子聚合物摩擦特征:减摩耐磨的高分子聚合物主要包括塑料1j橡胶两大类,聚合物弓全属、陶电配副或者聚合物自配副的动摩擦因数大约在。.15-0.6之间，只有聚四氟乙烯(PTFE)在自摩擦条件下并且滑动速率极低时摩擦因数可达到0.皿，这个摩擦系数可以与常规的固体润滑材料媲美聚合物的优势在于其弹性模量较大和顺应性较好，但缺点是强度不高,也因为其刚度和强度相时较低，所以一般在高分子聚合物中填充固体润滑剂或增韧材料，通过复合来改善其摩擦学和力学嫁合性能，常用来改善摩擦磨损性能的固体润滑剂包括有金属化合物类㈤的A1A>门0八CuO、ZH)3和曲*等，无机物类的石墨、氟化石墨和富勒烯，有机类的聚四氟乙烯应，以及纤维类的碳纤和玻纤。高分子聚合物产生摩擦现象的原因在于粘着、变形和弹性粘滞行为.高分子聚合物在金属类的硬质表面做相对运动时।摩擦配副的接触表面一定会有聚合物的磨屑碎片产生，这样就可能在界面形成转移膜,这时转移膜的厚度与稳定状态就会对聚合物材料的摩擦磨损性能产生极大的影响她2。随着滑动的继续，聚合物材料会因为自身粘着力变小而被反复的犁削成磨屑碎片，引起转移膜的不断变化最终到达一定厚度变成稳定状态，使得高分子聚合物材料与金属配副之间的摩擦磨损值会降到最低。分子聚合物摩擦机理:(1)粘着摩擦机理高分子材料适用低粘着、低摩擦和低磨损的场11:其产生粘着的主要原因有皿3：(1)聚合物因为质软所以更容易变形，(2)聚合物的分子链在滑动过程中会发生相互扩散，导致接触表面的粘着力增大遢。聚合物的与摩擦配副的接触来源于载荷作用下所有分散的微凸体面积总和,如图1.2所示。所以高分子复合材料与摩擦配副料的实际接触面积Ar是接触点的面积之和，它是由很小一部分的名义接触面积A乳构成的，因此复合材料摩擦因数的大小受实际接触面积At的影响。在高分子树脂材料滑动过程中，微凸体发生相互接触,使接触点及其附近材料表面的粘着部位产生剪切作用和切向阻力造成了材料表面的刮擦和撕脱现象,随着滑动摩擦的继续，会再次生成新的微凸体然后再被磨损掉.因为粘着力与分子作用力相似，也就是说微凸体接触界面的强度接近于基体材料自身抗剪强度，所以基体材料的抗剪强度决定了摩擦力大小和对材料的撕扯情况。(2)形变孽擦机理高分子聚合物的滑动接触界面存在着两种不同作用形式的形变，第一种是高分子聚合物与摩擦配副的微凸体之间机械锁合造成的塑性变形和微观形变，而第二种是由于质软的高分子聚合物材料表面被摩擦配副匕质硬的微凸体犁削、堆积、撕裂或切削等作用造成宏观形变，如图1.3所示。在滑动过程中，微凸体被犁削磨损消失与堆积再生产过程的一直交替现象进行着，这就决定了高分子聚合物表面的粗糙度、相对硬度以及磨屑碎片的状态.当硬质配副的微凸体受压嵌入高分子聚合物软材料表面时，如果高分子聚合物的抗剪切强度低于微凸体的硬度，高分子聚合物材料的表面就会有犁沟出现，若与之相反，高分子材料与硬质配副的接触界面将产生机械锁合作用造成的微观形变。除此之外，滞后变形造成的摩擦也会影响形变机理，因为高分子材料属于粘弹性材料.它弹性滞后•特性引起了滞后变形，使其能量损失就可能较大，是影响滑内J摩擦机理的另一种蜃因.影响高分子聚合物摩擦系数、磨损的主要因素分子聚合物影响摩擦性能内部因素：子的化学结构（对称性，对称性增加摩擦系数降低。静摩擦系数与摩擦面的预取向有很大关系。特别地，带有环状结构的耐热性聚合物的摩擦系数与摩擦方向没有对应关系。）聚态的结构，结晶度（结晶度对不同聚合物的摩擦系数、磨损影响不同，较高结晶度获得较高弹性模量，增强抗拉抗蠕变能力）、分子链取向（影响较小，同拉伸方向降低摩擦系数、垂直拉伸方向增加摩擦系数）聚共混成分。响高分子聚合物摩擦性能外部因素：度毡丁课台基材料时热的I啦阳性的征,帅比,布摩擦热的I作用下,一一聚合物摩擦配副之间不仅会发生玻璃态到高弹态的转变、热分解、力学性能的下降,而且还会产生结构变化皿,尤其是在使用散热性比较基的材料〔如工程装料）时，当表面温度到达一定值时，高分子聚合物材料的表面（特别是含有有机聚合物的热塑性溺料）将出现局部熔融甚至丧失工作能力回回。例如，尼龙6与钢在载荷和滑和速率为才｝然、Icm/s条件下测试时，在50V到2（X）1：的升温过程中的摩擦因数是呈现出先增大再降低的趋势，温度在大约16（）工时达到极大值，但磨损率的变化却布升温过程5持续变大O荷高分子聚合物在粘弹性特征情况下，载荷会影响聚合物与配副界面之间的实际接触面积Ar的大小，当载荷增大时实际接触面积Ar也会随之增大从而引起摩擦系数和磨损率的增大，但是当载荷变得足够大时，聚合物与配副界面之间的实际接触面积Ar基本稳定不再引起摩擦因数和磨损率的改变.在滑动过程中，实际接触面积不仅和载荷有关，还与滑动速率有关，所以载荷对摩擦因数和磨损量的影响也与滑动速率有着密不可分的关系.改善高分子聚合物摩擦磨损性能的方法:5.1增加润滑剂润滑剂金属化合物类（粉体）A12O3TiO2CuOZrO2MoS2无机物类石墨氟化石墨富勒烯有机类聚四氟乙烯聚甲醛纤维类碳纤玻纤5.2高分子聚合物改性共聚共混侧链改性引入柔性基团交联高分子聚合物摩擦材料选料标准及工程考虑因素材料属性、功能及对摩擦性能影响各因素于表中详细列出:摩擦材料评估表.xlsx小结文通过摩擦系统需求分析，追溯出所需材料性能，再从材料性能出发