李辉等：成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响 ·1185· d 131 2205 655 1214 470 910 607 735 303 0159319479638- 轮廓高度/μm 轮廓高度μm 400μm 060120180240 400m032.565.097.5130.0 图6不同成型工艺制备的复合材料磨痕形貌.(a)树脂传递成型工艺材料磨痕照片：(b)树脂传递成型工艺材料磨痕三维形貌：（©）热 压成型工艺材料磨痕照片：()热压成型工艺材料磨痕三维形貌 Fig.6 Wear scratches of different materials:(a)wear scratches of material made by RTM:(b)3D wear scratches of material made by RTM;(c) wear scratches of material made by HPM;(d)3D wear scratches of material made by HPM 2.2摩擦磨损性能 生高温，使基体材料软化，抗剪切极限力降低，容易 图7为不同载荷条件下，材料的动摩擦系数随 被“切掉”而减小摩擦阻力.同时，摩擦材料表面温 滑动速度的变化曲线.热压成型工艺成型摩擦材料 度升高使润滑油黏度减小.综合因素都使摩擦系数 的摩擦系数波动范围0.085~0.130.树脂传递成型 降低.树脂传递成型工艺成型材料摩擦系数随相对 工艺成型摩擦材料的摩擦系数波动范围0.075~ 滑动速度的增加几乎呈直线下降，而热压成型工艺 0.120.随载荷和相对滑动速度的增加，两种材料的 成型材料的摩擦系数下降趋势在高速时逐渐减缓. 动摩擦系数都逐渐减小.这是由于，相对滑动速度增 这是因为热压成型工艺成型材料表面树脂含量少， 加时，接触表面粗糙峰啮合程度降低，摩擦副贴合状 高速时碳纤维承受较大的摩擦载荷，摩擦状态受相 态较弱.而且在高速相对滑动状态下，摩擦面上会产 对速度和温度的影响较小. 0.150 a 0.150西 。-5.0N -7.5N 0.125 4-100 0.125 12.5N ◆-15.0N 0.1002 0.100 暂 5.0N 。-75N 0.075 0.075 4-10.0N -12.5N ◆一50w 0.050 3 4 0.050 2 2 4 滑动速度(m·s) 滑动速度m·s少 图7摩擦系数随滑动速度的变化曲线.()树脂传递成型工艺成型材料：(b)热压成型工艺成型材料 Fig.7 Relation between friction coefficient and sliding speed:(a)material made by RTM;(b)material made by HPM 对比两种材料在相同载荷下摩擦系数随相对滑动 2.3磨损机理 速度的变化情况，如图8所示，热压成型工艺(HPM) 图10为两种材料磨损后的扫描电镜微观形貌，可 成型材料的摩擦系数高于树脂传递成型工艺(RTM) 以发现树脂传递成型工艺成型材料磨痕表面覆盖了一 成型材料，这是因为热压成型工艺成型材料成型压力 层光滑的树脂，而且有裂纹分布，裂纹方向与碳纤维轴 高，表面粗糙度大，所以摩擦系数较大.树脂传递成型 向平行.说明碳纤维与树脂基体界面结合强度不够，经 工艺成型压力较小，表面树脂基体较厚，粗糙度小，摩 过长时间的摩擦，会造成树脂基体的成块脱落 擦时对偶钢球压入材料表面树脂层，摩擦系数低.因 热压成型工艺成型材料磨痕表面分布有大量的颗 树脂基体耐磨性差，所以在摩擦过程中对偶钢球对材 粒，碳纤维清晰可见，且有少量被磨断 料造成较严重的磨损，磨损率达到7.5×10-8g·N1· 通过对试样进行三维形貌的观测和扫描电镜观 m,约为热压成型工艺材料磨损率1.5×10-8gN-1. 测，可以推断试样不同的摩擦磨损方式.如图11(a) m的5倍（如图9）. 所示，树脂传递成型工艺成型试样表面树脂层较厚，对李 辉等: 成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响 图 6 不同成型工艺制备的复合材料磨痕形貌. (a) 树脂传递成型工艺材料磨痕照片; (b) 树脂传递成型工艺材料磨痕三维形貌; (c) 热 压成型工艺材料磨痕照片; (d) 热压成型工艺材料磨痕三维形貌 Fig. 6 Wear scratches of different materials: (a) wear scratches of material made by RTM; (b) 3D wear scratches of material made by RTM; (c) wear scratches of material made by HPM; (d) 3D wear scratches of material made by HPM 2郾 2 摩擦磨损性能 图 7 为不同载荷条件下,材料的动摩擦系数随 滑动速度的变化曲线. 热压成型工艺成型摩擦材料 的摩擦系数波动范围 0郾 085 ~ 0郾 130. 树脂传递成型 工艺成型摩擦材料的摩 擦 系 数 波 动 范 围 0郾 075 ~ 0郾 120. 随载荷和相对滑动速度的增加,两种材料的 动摩擦系数都逐渐减小. 这是由于,相对滑动速度增 加时,接触表面粗糙峰啮合程度降低,摩擦副贴合状 态较弱. 而且在高速相对滑动状态下,摩擦面上会产 生高温,使基体材料软化,抗剪切极限力降低,容易 被“切掉冶 而减小摩擦阻力. 同时,摩擦材料表面温 度升高使润滑油黏度减小. 综合因素都使摩擦系数 降低. 树脂传递成型工艺成型材料摩擦系数随相对 滑动速度的增加几乎呈直线下降,而热压成型工艺 成型材料的摩擦系数下降趋势在高速时逐渐减缓. 这是因为热压成型工艺成型材料表面树脂含量少, 高速时碳纤维承受较大的摩擦载荷,摩擦状态受相 对速度和温度的影响较小. 图 7 摩擦系数随滑动速度的变化曲线. (a) 树脂传递成型工艺成型材料; (b) 热压成型工艺成型材料 Fig. 7 Relation between friction coefficient and sliding speed: (a) material made by RTM; (b) material made by HPM 对比两种材料在相同载荷下摩擦系数随相对滑动 速度的变化情况,如图 8 所示,热压成型工艺( HPM) 成型材料的摩擦系数高于树脂传递成型工艺(RTM) 成型材料,这是因为热压成型工艺成型材料成型压力 高,表面粗糙度大,所以摩擦系数较大. 树脂传递成型 工艺成型压力较小,表面树脂基体较厚,粗糙度小,摩 擦时对偶钢球压入材料表面树脂层,摩擦系数低. 因 树脂基体耐磨性差,所以在摩擦过程中对偶钢球对材 料造成较严重的磨损,磨损率达到 7郾 5 伊 10 - 8 g·N - 1· m - 1 ,约为热压成型工艺材料磨损率 1郾 5 伊 10 - 8 g·N - 1· m - 1的 5 倍(如图 9). 2郾 3 磨损机理 图 10 为两种材料磨损后的扫描电镜微观形貌,可 以发现树脂传递成型工艺成型材料磨痕表面覆盖了一 层光滑的树脂,而且有裂纹分布,裂纹方向与碳纤维轴 向平行. 说明碳纤维与树脂基体界面结合强度不够,经 过长时间的摩擦,会造成树脂基体的成块脱落. 热压成型工艺成型材料磨痕表面分布有大量的颗 粒,碳纤维清晰可见,且有少量被磨断. 通过对试样进行三维形貌的观测和扫描电镜观 测,可以推断试样不同的摩擦磨损方式. 如图 11( a) 所示,树脂传递成型工艺成型试样表面树脂层较厚,对 ·1185·