Page 139 - 《摩擦学学报》2021年第2期
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284 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
这些PTFE纤维在剪切力作用下发生塑性变形并迅速 定的情况下，随着经纱密度的提高，衬垫复合材料的
填充衬垫材料的凹处，因而呈现出较低的摩擦系数和 摩擦系数和磨损量均会逐渐降低；在经纱密度一定的
[35]
较高的磨损率. Gu等 将不同编织结构的Kevlar/PTFE 情况下，随着纬纱密度的提高，衬垫复合材料的摩擦
酚醛树脂基织物衬垫分成润滑区、增强区和键接区 系数和磨损量同样逐渐降低. 经纬纱密度对织物衬垫
3个部分，摩擦磨损试验表明平纹织物衬垫材料更适 复合材料摩擦磨损的影响主要体现在织物的紧密度
用于高载工况条件，8/3缎纹织物衬垫更适用于低载工 上，经纬纱密度越大，衬垫材料越紧凑，单位面积内起
况. 当应用载荷为10 MPa时，磨损主要发生在织物衬 承载和自润滑作用的纱线越多，摩擦和磨损性能就会
垫的润滑区. 相较于8/3缎纹织物衬垫，平纹织物衬垫 [37]
得到相应提升. Qi等 研究纬纱密度对PTFE/Kevlar49
因其较为粗糙的表面和较低的PTFE含量，表现出较
酚醛树脂基织物衬垫在重载工况条件下摩擦学性能
高的摩擦系数和磨损率. 而当应用载荷增加至30 MPa
的影响规律(以PTFE为纬纱)，结果显示纬纱密度在
时，磨损进入衬垫的增强区域，在此部分平纹织物衬
300~350根/10 cm之间时，织物衬垫表现出更为优异的
垫拥有比1/3斜纹和8/3缎纹结构衬垫更高的PTFE比
摩 擦 磨 损 性 能 . 当 纬 纱 密 度 低 于 300根 /10 cm时 ，
例，因而呈现出最好的抗磨性能. 织物衬垫在润滑区
PTFE纤维不能够提供足够的润滑作用，而当纬纱密
域的主要磨损机理是疲劳磨损和摩擦力的剪切作用.
度高于350根/10 cm时，织物衬垫的承载能力下降，不
而在增强区域，开始出现纤维/树脂的界面脱黏和纤维
能够满足重载工况的要求.
断裂现象，如图5所示.
2.2 织物经纬纱密度 3 填料填充对织物衬垫复合材料摩擦磨损
在织物中，单位长度内排列的经纬纱根数，称为 的影响
织物的经纬纱密度. 密度的大小，直接影响织物的外
[36]
观、厚度、强力和耐磨性等物理机械指标. Chen等 以 引入填料是提升织物衬垫摩擦学性能最简单、有
Nomex纱线为经纱，PTFE纱线为纬纱，织造Nomex/ 效且应用最为广泛的改性方法. 目前，应用于织物衬
PTFE平纹织物衬垫，考察经纬纱密度对衬垫摩擦磨 垫摩擦学性能增强的填料种类繁多，包括金属氧化
损性能的影响，经纱密度依次选取280、320、360、 物、金属硼化物、金属硫化物、碳基填料、陶瓷和天然
400和440根/10 cm，纬纱密度依次选取为280、300、 矿物等 [38-40] . 这些填料通过改善织物衬垫材料的承载
320、340和360根/10 cm. 得到以下结果：在纬纱密度一 能力、热性能、转移膜与对偶结合力或充当微滚动轴
(a) (b) Lubrication region Reinforced region
Plain Tangent line
PTFE fiber Kevlar fiber
Bonding region
Twill 1/3
Plain Twill 1/3 Satin 8/5 Resin 304 Stainless steel
Satin 8/5
(c) Reciprocating direction
Debris Plastic deformation
Resin Concave Convex
Friction shearing force
Kevlar fiber PTFE fiber Resin 304 Stainless steel
Fig. 5 (a) Schematic showing different weave patterns；(b) Section view of the three weave structures of fabric composites；(c)
Regional wear model showing the wear process of plain fabric composites
图 5 (a) 三种编织结构示意图；(b) 三种不同编织结构织物复合材料的剖视图；(c) 平纹织物复合材料磨损过程的区域磨损模型
