摩擦温度对PTFE编织复合材料摩擦特性的影响

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Effect 0f Friction Temperature on Frictional Behavior 0f PTFEBraided CompositesZhang Zhiyuan Du Sanming Zhang Yongzhen Liu Jian(Key Laboratory of Material Tribology，Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471003，China)Abstract：The dry friction tests of PTFE braided composites were carried out on high-speed tribo-tester，and the effectsof friction temperature on the triboloical properties of PTFE braided composites at different conditions were studied.Theresults show that there is strong correlation between friction coeficient and friction temperature in the friction process。

Friction temperature is the important factors influencing the friction properties of PTFE braided composites.and its sharpincrease is a leading cause to result in the invalidation of friction pair.In the same swing velocity conditions，the high fre-quency and low angle help to reduce the friction coeficient of the friction pair and decrease its volatility，but they haveless influence on the friction temperature。

Keywords：friction temperature；friction coeficient；PTFE；frequency；swing angleFE是应用非常广泛的-种工程塑料，有 塑料王”之称 ，其具有韧性好、强度高、摩擦低 的优点 ，是关节轴承润滑层的理想材料。PTFE具有宽的高低温使用范围，优异的化学稳定性、表面不黏性、耐大气 老化、电绝 缘性 ，自润滑性 好，摩 擦 因数低 等摩擦方面的特殊优越性 ，使其成 为航空航天、石油化工、机械等工业不可缺少 的重要材料之-。 但 PTFE的导热性能很差 ，使得摩擦热不易散发而引起局部温度升高，导致表层材料在短时间内发生蠕变、流动甚至分解而破坏，极大影响了其耐磨性能基金项目：国家 自然科学基金项 目 (50975078)；973计划前期研 究专 项 (2010CB635113)；国家重 点 联 合基 金 项 目(U1034002)。

收稿 日期 ：2012-10-22作者简介 ：张智源 (1986- )，男，硕士研究生 ，目前主要从事材料干摩擦学研究.E.mail：zzyk1520###163.tom。

和使用性能。因此，PTFE的物理、力学性能对温度有强烈的依赖性。

摩擦过程中，由于摩擦功大部分转变成热能，即为摩擦热 ，从而导致表面温度的升高。影响材料摩擦性能的因素除了温度外，还有接触压力、相对速度、材料强度、表面转移膜 等。但 由于这些 因素的变化都会对摩擦热的形成和扩散产生影响，温度升高将成为摩擦过程最明显的特征，故观察摩擦过程摩擦性能随温度的变化情况是很有必要的；同时，控制摩擦副的摩擦温度也是保证摩擦副运行安全的重要措施；此外，摩擦热所形成的温度嘲其相关的热力学现象对材料特性和摩擦副的摩擦学行为有着非常重要的影响 J，因此研究摩擦副接触 区温度及分布成为各种机械设备设计的重要内容和选择摩擦副材料的重要理论依据 ，开始受到科技工作者的重视，并已成为当今摩擦学研究的热点领域 。

润滑与密封 第38卷1 实验部分1.1 实验设备及材料摩擦磨损实验在 MYB500高频压摆摩擦磨损试验机上进行，试验机的最大静负荷为 -I500 kN，摆动频率为0～30 Hz，摆动角度为 ±1。～-445。

采用 PTFE编织复合材料进行实验 ，试样厚度为(0.38±0.02)mm，试样宽度为 (40 4-0.05)mm，长度约 为 53 mm。试样粘贴 于曲率半径为 (50 4-0.05)mm、弧度为 60。±0.5。的试样台上。对偶材料采用 9Crl8Mo，符合 GB/T 3086高碳铬不锈轴承钢技术条件。温度控制在 -55℃以下进行冷处理，保温时间不少于 1 h。尺寸为 65o mm×50 mm，表面粗糙度为 Ra0.16 m。试样托材料采用 9Crl8Mo。

1.2 实验参数及条件实验在室温 25℃，相对湿度 60%条件下进行。

实验前用丙酮对试样环进行去油处理，晾干后装机，然后静止加载 15 min后开始实验。实验参数见表 l。

表 1 试验参数水平Table 1 Factors and levels of experiments采用试验机上配有的热电偶对试样表面温度进行跟踪测试。温度测量通过底座上距离 PTFE编织复合材料下表面 1 mm处的测温孔侧量，摩擦方向两端各设-个测温孔 ，通过接触式热电偶进行测量 ，每次测量取 2个测温孔的平均值。

2 实验结果与讨论2.1 摩擦温度与摩擦 因数的相关性图1示出了载荷30 kN、频率 12 Hz、摆角5。条件下 ，摩擦因数与摩擦温度随时间变化的曲线。如图1中的 A处所示，摩擦初期摩擦温度随着摩擦的进行迅速升高 ，对应的摩擦因数较高且迅速下降；由图 1中 B处可知 ，在摩擦过程 中摩擦温度出现 了-个跨度较大的波峰，而对应的摩擦因数表现为相同的变化趋势 ；由图1中的 c处可知，在摩擦的最后阶段，摩擦温度和摩擦因数均在-定范围内波动。综上可知，PTFE编织复合材料在摩擦过程中，摩擦温度和摩擦因数有较大的相关性。

0.200.180.160.140.120.100.080.060.04Timetlh图 1 摩擦因数与摩擦温度随时间变化的曲线 (30 kN，12 Hz，5。)Fig 1 Friction coeficient and temperature CUrVes(30 kN，12 Hz，5。)摩擦力做的功除-小部分散失外 ，大部分功转化成热能 ，使材料升温。通过 FE编织复合材料界面的热流密度为：g ( )式中：q是单位时间在单位接触面积上 的热量(W/m )；/z是摩擦 因数 ；P 是压强；V是速度；A是名义接触面积；A 是实际接触面积。

由公式 (1)可知，在-定条件下，摩擦因数与界面热流密度成正比关系。摩擦副之间摩擦因数的大小影响着摩擦温度的变化趋势，如图 1中 A处所示 ，摩擦初期 ，摩擦过程中能量的产生与消耗并未达到动态平衡 ，此时，较高的摩擦因数有利于摩擦力做功进而转化为更多的摩擦热，这将成为摩擦初期摩擦温度的迅速升高重要影响因素之-。同时，随着摩擦的进行 ，摩擦热在摩擦界面的不断积累，PrIFE复合材料表现出黏弹性程度增大，且随着材料整体温升，表层材料出现软化和塑性变形 ，材料抵抗剪切变形能力下降，从而影响摩擦因数的变化。因此，摩擦温度和摩擦因数的相互影响，具有-定的关联性。

2.2 不同工况下摩擦因数与摩擦温度的关系图2示出了不同频率、载荷条件下，摩擦因数和摩擦温度随摩擦时间变化的曲线∩知，在摩擦初始阶段，3种工况下的摩擦因数随着摩擦的进行迅速下降，之后稳定在-定范围内波动，平均摩擦因数分别为0.098，0.051，0.025；对应的摩擦温度随着摩擦的进行急剧上升到-个动态平衡温度，平均摩擦温度分别为 240，134，75℃。由图 (a)，(b)可知，在载荷40 kN、频率 5 Hz、摆角 4。和载荷 80 kN、频率10 Hz、摆角4。条件下，摩擦实验达到 16 h时，摩擦过程仍相对平稳 ，衬垫表面光滑平整，未发生任何损坏。由图 (C)可知 ，在载荷 160 kN、频率 20 Hz、摆角4。条件下，当摩擦进行到 6 h左右时，摩擦因数在瞬间急剧上升，对应的摩擦温度也剧烈升高 ，磨损失效。

润滑与密封 第 38卷2.3 频率、摆角与摩擦因数和摩擦温度的关系图4，5分别示出了载荷 30 kN、频率 15 Hz、摆角2。和载荷 30 kN、频率 2 Hz、摆角 15。条件下的摩擦因数和摩擦温度随时间变化的曲线。由图4可知，载荷 30 kN、频率 l5 Hz、摆角 2。条件下的摩擦因数的大型波动性均明显小于载荷 30 kN、频率 2 Hz、摆角 15。条件下的大型波动性。由图 5可知，2种工况下的摩擦温度随时问变化的趋势和规律差别不大。由此可知，在相 同的摆动速度 (频率 和摆角的乘积)条件下，大频率 、汹角的条件对减小摩擦副的摩擦因数和降低其波动性均有利，但对摩擦温度的影响不大图 4 不同频率 、摆角条件下摩擦因数随时间变化曲线Fig 4 Friction coefficient CHIVES at differentfrequency and swing angle图 5 不同频率 、摆角条件下摩擦温度随时问变化 曲线3 结论(1)在摩擦过程中摩擦温度与摩擦 因数具有较强的相关性。

(2)不同工况条件下，摩擦副界面的摩擦温度不同，与其工况条件下的输入功率 (载荷和频率的乘积)正相关。摩擦温度是影响 PrIFE复合材料摩擦特性的重要因素，摩擦温度的急剧升高是导致摩擦副失效的主要因素。

(3)在相同的摆动速度 (频率 和摆角的乘积 )条件下，大频率、汹角的条件对减小摩擦副的摩擦因数和降低其波动生均有利，但对摩擦温度的影响不大。