聚四氟乙烯编织复合材料摩擦温度与磨损特性

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Temperature and Friction Characteristics of PTFE Braided CompositesLIU Jian ZHANG Yongzhen ， DU Sanming LU Hongyan LIU Jingchao(1.School of Mechatronic，Northwestern Polytechnical University，Xian 7 1 0072；2.Key Laboratory ofMaterial Tribology，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003)Abstract：Measuring polytetrafluoroethene(PTFE)fabric composites friction and wear performance with the change of thetemperature trend are carded out on high·-speed tribo·-tester to analysis of the temperature on the influence of friction and wearperform ance.The results show that friction coeficient have significantly reduced trend from 30 ℃ temperature began to rise。

Between 65-210 ℃ ，friction coeficient is in stable stage.When the temperature reaches 210 ℃ ，friction coeficient is beginning torise as the temperature rising.Through the SEM photographs ofthe wear debris analyzed suggests that wear debris components in themain is large fiber in high temperature，while low temperature conditions，wear debris mainly is the tiny particles.The wearobviously efect by temperature，temperature over 200 ℃ ，when a sharp increase of PTFE fabric composites wear.To ensure thestability of PTFE fabric composites friction and wear performance.200 ℃ is the limit temperature of dynamic monitoring frictiontemperature。

Key words：Spherical plain bearing PTFE Friction temperature Wear Friction coeficient0 前言聚四氟乙烯 (Polyte仃anuor0ethene，PTFE)编织复合材料具有强度高、摩擦因数低、润滑性能稳定等优点 ，是作为航空航天、高铁等关键承载部位的理想润滑材料。PTFE编织复合材料的摩擦磨损国家重点基础研究发展计划(973计划，2010CB635113)、摩擦学国家重点实验室开放基金(sKL1KF11Bl 0)和国家自然科学基金 l034-002)资助项目。20120517收到初稿，20121010收到修改稿性能决定 了整个关节轴承 的工作性能及使用寿命 ，-旦失效，自润滑关节轴承在高频压摆条件下几秒钟内摩擦温度就能达到700℃以上导致轴承钢的粘着磨损。我国航空航天、高铁领域用的关节轴承主要依赖进口，国产的关节轴承性能达不到要求主要是PTFE编织复合材料热稳定性不足I5 ]，对其摩擦热特性还没有统-的评价标准。目前该材料摩擦磨损性能的优劣主要通过摩擦磨损试验获得的摩擦因数、磨损率、使用寿命进行评估分析，缺乏在动态使用条件下的性能监测指标，尤其对于高载荷、高频率摆动摩擦副，其摩擦磨损性能的衰退及2012年 12月 刘 建等：聚四氟乙烯编织复合材料摩擦温度与磨损特性 91造成的破坏是突发性的。其中，摩擦温度是反映摩擦副工作状态的敏感参量之-，国内关于高载、高频摆动下摩擦温度的研究较少，大部分是在低频摆动或单向滑动条件下的试验测试，很难与实际工况下的高频摆动相符合l。 J。本研究通过MYB500高频压摆摩擦磨损试验机测量不同摩擦温度下 PTFE编织复合材料摩擦磨损性能，研究摩擦磨损性能与摩擦温度的变化规律，为苛刻条件下PTFE编织复合材料摩擦副动态监测提供参考指标。

1 试验方法和试验方案1.1 试验方法试验试样为自制 PTFE编织复合材料。标准试样尺寸如下：长度为 53 .05 mlTl，宽度为 40mm-L0.05I/I1TI，厚度为0.4mm-L0.01 mlTl。配副材料为GCr15对偶环，冷处理温度在55℃以下，保温时间不少于1 h，表面粗糙度为0.16 ，直径为50 ran1。

试验前用900#水砂纸对对偶环进行打磨处理，然后用丙酮进行去油处理。实验室室温为 22℃，相对湿度为 50%。

摩擦温度的测量通过底座上距离试样下表面 1ITI1TI处的测温孔测量，前后各-个测温孔，通过接触式热电偶进行测量，每次测量取两个测温孔的平均值。扭矩和扭角分别通过扭矩传感器、光电编码器来测量。磨损厚度通过位移传感器测量。试验机主体结构如图 1所示。

～ / 。 。。。。。 U- r --U。 - - 图 1 试验机主体结构1.直线液压阀组 2.直线液压缸 3.液压缸支架 4.光电编码器5.摆动液压缸 6.扭矩传感器 7.工装 8.对偶环9.PTFE编制复合材料 lO.底座 11.环境箱 l2.工作台l3.位移传感器1.2 试验方案在频率为2O Hz的条件下对两种载荷(15 MPa，20 MPa)分别进行高频摆动摩擦磨损试验。每种载荷条件下进行8组，对在不同摩擦温度下的摩擦因数测量取值，每组试验时间为7.5 h。试验前先静止加载额定载荷 30 min，待变形量稳定后清零开始试验。

保证每次试验摩擦副初始温度为50℃，通过环境温度控制摩擦温度。

2 结果与分析2.1 摩擦温度与摩擦因数的变化特性图2为20 MPa、120℃条件下摩擦温度与摩擦因数随时间的变化关系。

p赠蝼埒时问t/min图2 摩擦因数与摩擦温度随时间变化曲线(20 MPa、120℃1由图2可以看出，摩擦过程初期，摩擦温度迅速升高，摩擦因数相应大幅度下降。摩擦温度经过 1.5 h后进入稳定阶段。摩擦因数经过 12 min就进入相对平衡状态，此时对应的测量摩擦温度为 79.3℃。

不论是摩擦温度还是摩擦因数进入平稳阶段后都是处于波动状态。由于各组摩擦温度与摩擦因数随时间变化趋势基本相同，在此仅列出20 MPa、120℃条件下的变化趋势。为分析不同摩擦温度下摩擦因数的变化，只取摩擦温度与摩擦因数达到动态稳定后的平均值，图2的取值分别为 115.92℃和 0.544。

图 3为 16组不同条件下摩擦温度与摩擦因数达到动态稳定后的变化规律。

摩擦温度0/'C图3 摩擦因数随摩擦温度的变化曲线摩擦温度从 30℃开始升高，摩擦因数随之下降，在 3060℃范围内摩擦温度对摩擦因数的影响最为明显。摩擦温度达到65℃时摩擦因数稳定，在65180℃范围内，随着摩擦温度的升高摩擦因机 械 工 程 学 报 第 48卷第23期通过对大量试样的摩擦磨损试验分析得出：在该 PTFE编织复合材料使用工况条件下，摩擦热在试样磨穿失效过程中占主导作用，在保证-定摩擦温度范围下，该材料所具有的摩擦磨损性能足以保证其使用工况条件下足够长的使用寿命，但是过高摩擦温度(超过 200℃)极大地弱化了材料的摩擦磨损性能，导致材料短时间内失效。

3 结论f1)对自制关节轴承 PTFE编织复合材料的摩擦温度特性与工况条件进行了分析，得到了其摩擦温度与摩擦因数、磨损率的变化规律，为该材料的评估和选择提供参考依据。

(21从微观上解释了摩擦温度作用于材料的摩擦磨损机理。

(3)为保证关节轴承良好的润滑性、耐磨性及使用寿命，最佳适用摩擦温度为65200℃。200℃的摩擦温度值是 PTFE编织复合材料磨损率的转折点，该摩擦温度值可作为对该摩擦副的动态监测指标的参考值。