·1184· 工程科学学报，第39卷，第8期 成树脂交联固化程度增加，复合材料密度增加 采用Quanta200型扫描电子显微镜(scanning elec-. 1.2试验方法 tron microscope,SEM)观测材料磨损后的表面微观形 使用兰州华汇科技有限公司MS-T3001销盘式 貌，分析材料的摩擦磨损机理.采用0LS4000型3D激 (pin-on-disk)摩擦磨损试验仪进行摩擦磨损性能测 光扫描形貌仪观察摩擦材料磨损前后的表面形貌和磨 试.试验仪的工作原理如图4所示.试验时，相对转速 痕形态 由电机控制，对偶销与摩擦材料试样之间的正压力通 2结果与讨论 过配重砝码调节.对偶材料为GCrs钢球，直径中5mm. 试验转速分别为500、750、1000和1500r·min-1,旋转 2.1表面形貌 半径30mm,对应相对滑动线速度1.57、2.36、3.14、 图5为材料磨损前的表面形貌.由图可知，树脂 4.71ms.试验载荷5、7.5、10、15、20N.摩擦系数由 传递成型工艺成型材料（图5(a)、(b))表面被树脂基 实验仪测出，质量磨损率通过测量磨损前后的质量差 体覆盖且较为平整，表面高度差小于20μm.热压成型 求得，如下式 工艺成型材料（图5(c)、(d))表面呈现明显的织物轮 6=1.1.m1-m2 廓.对比图5(c)与图5(d),图5(c)中“纤维束A”对 (1) 2rrnf 应的部位高度值较小，而纤维交织节点B对应的部位 式中：0为质量磨损率，gNm':∫为摩擦力，N;m1 高度值较大.说明此织物轮廓并非碳纤维织物轮廓， 为磨损前质量，g:m,为磨损后质量，g;r为摩擦半径， 而是成型时脱模布在材料表面留下的印记.这是因为 m;n为转速，rmin 热压成型工艺成型压力较高(10MPa),将脱模布压入 11 到树脂基体中，造成材料表面较粗糙，表面粗糙度为 Ra=0.714μm.而树脂传递成型工艺成型压力较低 (0.1MPa),且多余的树脂被吸出，所以材料表面较平 整，表面粗糙度为Ra=0.158μm. 图6为转速1000rmin-,载荷11N,对磨5h条件 下，不同成型工艺摩擦材料的表面磨损形貌.由图可 1一电机：2一底座：3一支架：4一温度传感器：5一配种砝码：6一 知，树脂传递成型工艺成型试样磨痕较深，磨痕中心深 销：7一试样盘：8一承载盘：9一转动支架：10一摩擦力传感器； 度约180μm,有明显的磨痕边缘，而未发现碳纤维有 11一支撑臂：12一传动带：13一转速传感器 明显的磨损现象.热压成型工艺成型试样磨痕较浅， 图4MS-T3001摩擦磨损试验仪示意图 磨痕中心深度约70μm,没有明显的磨痕边缘，并且在 Fig.4 Schematic of the MS-T3001 pin-on-disk tribometer 磨痕中部发现碳纤维磨损现象 b Ba=0.158μm Ra=0.714um 640 480 320 160 30 320 160 63 480 905 轮廓高度/μm 640x 轮廓高度/m1207~x 100μm 05101520 200um 0255075100 图5不同成型工艺复合材料表面形貌.(a)树脂传递成型工艺材料表面照片：(b)树脂传递成型工艺材料表面三维形貌：（©）热压成型 工艺材料表面照片：()热压成型工艺材料表面三维形貌 Fig.5 Surface topography of different materials:(a)topography of material made by RTM;(b)three-dimensional (3D)topography of material made by RTM;(c)topography of material made by HPM;(d)3D topography of material made by HPM 树脂传递成型工艺成型摩擦材料表面树脂含量较置为材料表面的微凸体（图5（©）中的B处).摩擦过 多（质量分数35%），摩擦过程中对偶钢球与树脂基体程中，在压力与剪切力的作用下，微凸体逐渐被磨平、 对磨，强度较低的树脂基体发生磨损，在材料表面形成 脱落，形成磨屑.对偶钢球进一步与碳纤维发生摩擦， 较深的磨痕.在树脂基体的保护下，碳纤维没有发生 对表层纤维造成破坏，产生纤维磨屑.因材料表面树 明显的磨损现象 脂厚度小，所以无明显磨痕产生 热压成型工艺成型材料与对偶钢球的实际接触位工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 成树脂交联固化程度增加,复合材料密度增加. 1郾 2 试验方法 使用兰州华汇科技有限公司 MS鄄T3001 销盘式 (pin鄄on鄄disk) 摩擦磨损试验仪进行摩擦磨损性能测 试. 试验仪的工作原理如图 4 所示. 试验时,相对转速 由电机控制,对偶销与摩擦材料试样之间的正压力通 过配重砝码调节. 对偶材料为 GCr15钢球,直径准5 mm. 试验转速分别为 500、750、1000 和 1500 r·min - 1 ,旋转 半径 30 mm,对应相对滑动线速度 1郾 57、2郾 36、3郾 14、 4郾 71 m·s - 1 . 试验载荷 5、7郾 5、10、15、20 N. 摩擦系数由 实验仪测出,质量磨损率通过测量磨损前后的质量差 求得,如下式. 兹 = 1 2仔r · 1 n · m1 - m2 f . (1) 式中:兹 为质量磨损率,g·N - 1·m - 1 ;f 为摩擦力,N;m1 为磨损前质量,g;m2 为磨损后质量,g;r 为摩擦半径, m;n 为转速,r·min - 1 . 1—电机;2—底座;3—支架;4—温度传感器;5—配种砝码;6— 销;7—试样盘;8—承载盘;9—转动支架;10—摩擦力传感器; 11—支撑臂;12—传动带;13—转速传感器 图 4 MS鄄T3001 摩擦磨损试验仪示意图 Fig. 4 Schematic of the MS鄄T3001 pin鄄on鄄disk tribometer 采用 Quanta200 型扫描电子显微镜( scanning elec鄄 tron microscope , SEM)观测材料磨损后的表面微观形 貌,分析材料的摩擦磨损机理. 采用 OLS4000 型 3D 激 光扫描形貌仪观察摩擦材料磨损前后的表面形貌和磨 痕形态. 2 结果与讨论 2郾 1 表面形貌 图 5 为材料磨损前的表面形貌. 由图可知,树脂 传递成型工艺成型材料(图 5(a)、(b))表面被树脂基 体覆盖且较为平整,表面高度差小于 20 滋m. 热压成型 工艺成型材料(图 5(c)、(d))表面呈现明显的织物轮 廓. 对比图 5(c)与图 5(d),图 5( c)中“纤维束 A冶对 应的部位高度值较小,而纤维交织节点 B 对应的部位 高度值较大. 说明此织物轮廓并非碳纤维织物轮廓, 而是成型时脱模布在材料表面留下的印记. 这是因为 热压成型工艺成型压力较高(10 MPa),将脱模布压入 到树脂基体中,造成材料表面较粗糙,表面粗糙度为 Ra = 0郾 714 滋m. 而树脂传递成型工艺成型压力较低 (0郾 1 MPa),且多余的树脂被吸出,所以材料表面较平 整,表面粗糙度为 Ra = 0郾 158 滋m. 图 6 为转速 1000 r·min - 1 ,载荷 11 N,对磨 5 h 条件 下,不同成型工艺摩擦材料的表面磨损形貌. 由图可 知,树脂传递成型工艺成型试样磨痕较深,磨痕中心深 度约 180 滋m,有明显的磨痕边缘,而未发现碳纤维有 明显的磨损现象. 热压成型工艺成型试样磨痕较浅, 磨痕中心深度约 70 滋m,没有明显的磨痕边缘,并且在 磨痕中部发现碳纤维磨损现象. 图 5 不同成型工艺复合材料表面形貌. (a) 树脂传递成型工艺材料表面照片; (b) 树脂传递成型工艺材料表面三维形貌; (c) 热压成型 工艺材料表面照片; (d) 热压成型工艺材料表面三维形貌 Fig. 5 Surface topography of different materials: ( a) topography of material made by RTM; ( b) three鄄dimensional (3D) topography of material made by RTM; (c) topography of material made by HPM; (d) 3D topography of material made by HPM 树脂传递成型工艺成型摩擦材料表面树脂含量较 多(质量分数 35% ),摩擦过程中对偶钢球与树脂基体 对磨,强度较低的树脂基体发生磨损,在材料表面形成 较深的磨痕. 在树脂基体的保护下,碳纤维没有发生 明显的磨损现象. 热压成型工艺成型材料与对偶钢球的实际接触位 置为材料表面的微凸体(图 5( c)中的 B 处). 摩擦过 程中,在压力与剪切力的作用下,微凸体逐渐被磨平、 脱落,形成磨屑. 对偶钢球进一步与碳纤维发生摩擦, 对表层纤维造成破坏,产生纤维磨屑. 因材料表面树 脂厚度小,所以无明显磨痕产生. ·1184·