聚甲基丙烯酸甲酯摩擦磨损性能研究

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Research on Friction and W ear Behavior of Polymethyl M ethacrylateLiu Jialong Zhao Yongwu Zhou Li(College of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi Jiangsu 214122，China)Abstract：The effects to tribological properties of polymethyl methacrylate against quenching of 45 steel under the con-dition of dry friction and oil lubrication were studied by changing load and speed under sliding friction test，and the wearmechanism was analyzed.The results demonstrate that the weal"mass loss and contact temperature of polymethyl methacry·late under high-speed ale higher than those under low-speed in dry friction；the friction coefficient of polymethyl methacry-late under high-speed is lower than that under low-speed，and it is all increased first and then decreased under high-speedand low-speed with load increasing.The wear mass loss of polymethyl methacrylate is lower and the contact temperature ishigher under high-speed than under low-speed in oil lubrication；the friction coeficient of polymethyl methacrylate is de-creased first and then increased under high-speed，and decreased first and then increased and finaly decreased under low-speed with load increasing；the friction coeficient under high-load and low-speed is higher than that under high-load andhigh-speed.The friction surface is very coarse with obvious groove gringing and adhesion loss in dry friction，but verysmooth in oil lubrication。

Keywords：polymethyl methacrylate；dry friction；oil lubrication；friction and wear聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)也被称作有机玻璃，是-种具有极好光学性能和较好力学性能的聚合物材料，且具有机械强度高、质量轻、易于加工等优点。其用途极为广泛，除用作飞机座舱盖、风挡和弦窗外，也用作吉普车的风挡和车窗，大型建筑的天窗(可以防破碎)，电视和雷达的屏幕，仪器和设备的防护罩 ，电讯仪表的外壳，望远镜和照相机上的光学镜片等 。但有机玻璃制品尚存在耐热性较低、吸水率偏大，表面硬度不高且不耐刮伤，在使用过程中表面易被擦伤、易吸湿变形，玻璃化温度只有93℃收稿 日期 ：2012-11-23作者简介：刘加龙 (1986-)，男，硕士研究生，从事表面工程研究 .E-mail：wxjndxl###126.com。

等缺陷 。另外，有机玻璃在摩擦磨损过程中表面会出现塑性流动和黏着脱落等现象，这些现象与压力、滑动速度、工作温度、材料本身的性能有着复杂的关系，而且对其磨损量和摩擦因数都有显著的影响 。 ∩见有机玻璃的摩擦磨损机制是复杂的，因此对有机玻璃的研究变得十分重要。

目前 ，杨莉等人 研究了有机玻璃表面沉积氧化硅层的摩擦磨损性能，杨瑞成等 研究 了水润滑条件下聚甲基丙烯酸甲酯有机改性蒙脱土复合材料的摩擦磨损性能。但是对机玻璃在不同工况下的摩擦磨损机制的研究很少，本文作者以透明的有机玻璃棒为研究对象，研究其与淬火45 钢配副时，在不同工况下的摩擦磨损行为，并初步探讨其摩擦磨损机制。

润滑与密封 第 38卷1 试验部分摩擦磨损试验在 MMW.1A万能摩擦磨损试验机上进行，其示意图如图1所示。

1.大试环 2.试样块 3.螺钉 4.夹头图1 摩擦磨损原理图Fig 1 The mechanism of friction and wear试验前将有机玻璃棒加工成 8×12 mm的圆柱状试样，试验时将试样放置于大圆销夹头中固定，通过旋转滚花螺钉使其与下盘构成大销盘摩擦副，实现相对滑动。下试样材料为硬度HRC55的淬火45 钢。

试验采用干摩擦、油润滑2种工况，在干摩擦时考虑到有机玻璃的低耐热性所加载荷依次为2O，40，60，80 N，在油润滑时所加载荷依次为 80，120，160，200 N，转速为 100 r/min(低速)和 200 r/rain(高速)，摩擦时间为30 min。通过工业计算机测控系统测得实验过程中的摩擦力矩，然后计算摩擦因数 。

摩擦因数计算公式为： 因 T3fR所以 0.004 332P P式中：厂为摩擦力 (N)； 为摩擦因数；P为试验力(N)；T为实测的摩擦力矩 ；R为试样销与小试环接触点轨迹半径 ，R46.155/223.077 mm。

2 结果及讨论2.1 摩擦磨损性能2.1.1 干摩擦下的摩擦磨损性能图2示出了有机玻璃与淬火45 钢摩擦副在干摩擦情况下，载荷与速度对其摩擦磨损性能的影响。从图 (a)可以看出，在相同载荷下，低速下摩擦因数大于高速下摩擦因数；高速和低速下摩擦因数随着载荷的增大都是先增大后减小，即在低速时摩擦因数从20 N的0.48增加到60 N的0.56，然后下降到80 N的0.47，在高速时摩擦因数从20 N的0.46增加到60N的0.48，然后下降到80 N的0.44。从图 (b)可以看出，在干摩擦情况下，在低速和高速下，磨损量均随着载荷的增大而升高；随着载荷的增大，高速时磨损量的增长率始终大于低速时磨损量的增长率；在高速时，磨损量从 20 N的4 mg增加到 80 N的36mg，在低速时，磨损量从20 N的1 mg增加到 80 N的6 mg。从图 (c)可以看出，在干摩擦情况下，在低速和高速下，有机玻璃与45 钢表面的接触温度均随着载荷的增大而升高，在高速下，接触温度从 20N的40.3 cC增加到 8O N的69 clC；在低速下，接触温度从20 N的28.6℃增加到80 N的48.2℃。

Loadp/N(a)雎擦因数Loadp/N(c)接触表面温度图2 干摩擦下载荷与速度对摩擦磨损性能的影响Fig 2 The influence of load and speed on friction and wearbehavior in dry friction2.1.2 油润滑下的摩擦磨损性能图3示出了有机玻璃与淬火45 钢摩擦副在油润滑情况下，载荷与速度对其摩擦磨损性能的影响。从