石蜡含量对浇铸尼龙材料摩擦磨损性能的影响

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E ct of Parafin Content on Friction and W earProperties of Casting Nylon MaterialsHuang Jianlong Yang Yuqing Dang Xingwu Wang Jianji Wang Yanfang(Colege of Mechanical and Electrical Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou Gansu 730050，China)Abstract：The paraffin was used to modify cast nylon material for cranes telescopic boom slider，and the impacts ofdifferent paraffin content on the dry friction and weal-properties of the cast nylon material were researched by using MRH-3 high-speed ring block friction and wear testing machine and RFT-1I reciprocating friction and wear testing machine.Theresults show that：filling paraffin can improve mechanical properties，the friction and wear properties of the casting nylonmaterial significantly.When parafin content is increased，the friction coeficient of cast nylon material presents the trend ofdecreasing first and then increasing.There are optimal added amount，making the friction coefficient and the wear quantityto minimum。

Keywords：paraffin；casting nylon material；friction and wear property在现代工程机械中，汽车起重机扮演着重要角色。汽车起重机的主要承载构件为伸缩臂架，各节臂之问可以相对滑动，依赖于它们搭接的上下滑块来传递作用力。在滑块与伸缩臂接触处不可避免地产生摩擦磨损，导致了汽车起重机伸缩臂机械爬行现象，这将严重影响汽车起重机的整机性能、工作效率和机构安全。因此 ，对滑块材料进行改性，研究填充物对滑块材料摩擦磨损性能的影响，对于减少或消除汽车起重机伸缩臂滑块的爬行现象，显得尤为重型。 。

伸缩臂滑块是由浇铸尼龙材料制备而成，本文作者采用石蜡对浇铸尼龙材料进行改性，通过实验研究填充物石蜡含量对浇铸尼龙材料摩擦磨损性能的影响，进而确定滑块材料结构成分，为解决汽车起重机收稿 日期 ：2012-12-13作者简介：黄建龙 (1951-)，男，教授，研究方向为成套装备及 自动化。

通信作者：杨玉青 (1987-)，女，硕士研究生，研究方向为成套装备及自动化.E-mail：yangyuqinghehe###163.com。

1 实验部分1.1 试样制备实验所用 的石蜡 (Wax：0220)，是-种 白色、无臭、无味、低分子量的聚合物，具有-定的润滑效果，在聚合物基体中，良好分散的石蜡可以起到降低摩擦因数的作用，有望减鞋块运动过程中的抖动问题 铸尼龙材料是通过固态熔融成液态、抽真空、浇铸磨具中、烘干、聚合-系列操作制备而成 。制备试样所需的固态粉末主要成分是己内酰胺，采用不同石蜡含量的4种配方进行实验，详细配比见表 1。

将称量好的粉末状己内酰胺装入实验容器中密封，利用硅油加热，使之熔融成液态；1 h后，将液态的己内酰胺抽为真空状，按照质量百分比，加入适量的NaOH，便于浇铸后聚合成型；继续抽真空，在沸腾时间约2.5 h之后，加入适量纳米填料 SiO：，抽真空约 1 h后，加入适量石蜡 (Wax：0220)，作为填充的润滑剂；继续抽真空，直到不再出现气泡，滴2013年第7期 黄建龙等：石蜡含量对浇铸尼龙材料摩擦磨损性能的影响 29入适量的增韧剂 TDI，密封、摇匀之后，即可浇入磨具中，在烘箱烘干 1 h左右，浇铸成型，磨具中的聚合物即为制备的浇铸尼龙材料 。

表 1 浇铸尼龙材料配比Table 1 Casting nylon materials ratio w/%1.2 性 能测 试将所制备的浇铸尼龙材料加工成实验所需要的滑块试样，分别对4种试样进行拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度 (无缺口)、压缩强度、热变形温度的力学性能实验 。

采用 MRH-3高速环块摩擦磨损试验机评价旋转运动方 式 下 试样 的摩 擦 磨 损性 能 ，试 样 尺 寸为19 mm×12.3 mm×12.3 mm，对偶试样为15Cr钢环，尺寸为 649 mm×14 mm，表 面粗 糙度为 0.2～0.4m。摩擦磨损试样用400 金相砂纸打磨至相同的表面粗糙度后，用无水丙酮超声清洗干净 。采用RFI'.Ⅲ往复式摩擦磨损试验机评价往复运动方式下材料的摩擦磨损性能 ，试样尺寸为 64 mm×10mm，对偶试样为45 钢块，尺寸为70 mm×14 mm×10 mm，表面粗糙度为0.2～0.4 m。摩擦磨损试样先用400 金相砂纸打磨至相同的表面粗糙度后，再用无水丙酮超声清洗干净 。

2 实验结果与分析2.1 力学性能4种试样的力学性能测定结果详见表 2。

表 2 力学性能测试结果Table 2 Experimental results of mechanical properties测试项目 试样 1试样2试样3试样4 测试方法拉伸强度 b/MPa 63.2拉伸模量 E/MPa 2 846弯曲强度tr，b/MPa 60.5弯曲模量 E/MPa 2 905冲击强度(无缺口)k/(kJ·m )压缩强度 be/MPa 72.2热变形温度 ∥℃ 60.881.1 68.2 65.3 GB/T 1O4020o63 501 3 710 3 805 GR/T 10402006111.4 84.8 72.4 GB/T 9341-20083 382 3 665 3 8o0 GB/T 9341-200835.6 13.2 10.8 GB/T 1043-20o894.0 95.2 94.1 GB/T 1O4120o887.9 91.7 88.5 GB/T 1634-2004可知，试样 2，3，4的力学性能优于试样 1，可见石蜡的填充可以改善浇铸尼龙材料的力学性能。通过对试样 2，3，4测试结果的分析，可以看出，随着石蜡含量的增加，材料拉伸强度、弯曲强度、冲击强度 (无缺口)呈下降趋势；而拉伸模量、弯曲模量呈上升趋势 ；压缩 强度和热 变形温度无 明显变化趋势。

2.2 环块摩擦磨损实验结果环块摩擦磨损实验摩擦副接触示意图如图1所示。实验条件为：载荷 200 N，试验线速度取 0.5m/s(200 r/min)，摩擦时间120 min，干摩擦，大气环境，室温条件。

载荷图1 环块摩擦实验摩擦副接触示意图Fig 1 Friction fairs contact schematicdiagram of ring-block friction test4种材料试样摩擦磨损实验结果如图2和表3所示。由图2可以看出，试样3的摩擦因数相对较低且平稳；试样2和4的摩擦因数随着磨损时间的推移出现了略微的波动，且总体高于试样3的摩擦因数；试样 1的摩擦因数跳动相对较大，很不平稳。

巅圜瓣强0 l 2 3 4 5 6 7 8磨损时间 (×lO s)图2 不同试样环块摩擦磨损实验结果Fig 2 Ring-block friction test results of different samples润滑与密封 第 38卷表3 不同试样环块摩擦实验结果对比Table 3 Comparison of the ring-block frictiontest results of diferent samples由表3可以看出，试样1的磨损率最高，试样2、4的次之，试样3的磨损率最低。主要原因是由于石蜡具有-定的润滑效果，适量石蜡的填充，会在-定程度上提高浇铸尼龙材料的耐磨性。

2.3 往复摩擦磨损 实验及结果分析往复式摩擦磨损实验摩擦副接触形式示意如图3所示。实验条件为：试验线速度为 0.075 m/s(45r/min)，往复行程为50 mm，试验载荷取450 N，摩擦时间为120 rain，干摩擦，大气环境，室温条件。

- 4往复 程70载荷1 8- - r 广l4图3 往复式摩擦实验摩擦副接触示意图Fig 3 Friction fairs contact schematic diagramof reciprocating friction test4种材料试样摩擦磨损实验结果如图4和表4所示。由图4可以看出，试样 1的摩擦因数在实验 1 h后急剧增大，直至材料磨穿；试样2的摩擦因数随着磨损时间的增加逐渐减小并趋于平缓，试样4的摩擦因数随着磨损时间的增加逐渐增大，试样3的摩擦因数相对较低且平稳。

由表4可以看出，试样 1的磨损率最高，试样2、4的次之，试样3的磨损率最低。主要原因是由于石蜡具有-定的润滑效果，石蜡的填充，对改善浇铸尼龙材料摩擦磨损性能有显著的作用。

0.400.350.30襄《0.25瞳鞲 0·20鼍 0.150.100.050.000 1 2 3 4 5 6 7 8磨损时Ia(x10。s)图4 不同试样往复式摩擦磨损实验结果Fig 4 Reciprocating friction test results of diferent samples表4 不同试样往复式摩擦实验结果对比Table 4 Comparison of reciprocating frictiontest results of diferent samples3 结论(1)在浇铸尼龙材料中填充石蜡，能有效改善浇铸尼龙材料的力学性能和摩擦磨损性能，从而有效地减少爬行现象的发生。

(2)石蜡填充浇铸尼龙材料的摩擦因数随石蜡含量的增加呈现先下降后上升的变化趋势；当石蜡含量为4%时浇铸尼龙材料具有较低的摩擦因数和磨损量，浇铸尼龙材料的耐磨损性能最好。