Page 142 - 《摩擦学学报》2021年第2期

第 2 期 袁军亚, 等: 自润滑关节轴承用织物衬垫摩擦学研究进展 287

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4 界面修饰对织物衬垫复合材料摩擦磨损 垫材料的耐磨、承载性能. Zhang等 利用液氮冷冻处
的影响 理PTFE/Kevlar织物，提升PTFE/Kevlar酚醛树脂基复
合材料的耐磨性能，结果表明PTFE和Kevlar纤维经冷
界面是织物衬垫材料极为重要的微结构，它作为
冻处理后表面粗糙度明显增加，有助于提升织物纤维
织物纤维与树脂基体连接的纽带，对织物衬垫的物
与树脂基体之间的机械联锁作用. 摩擦磨损试验显
理、化学及力学性能有着至关重要的影响. 首先，界面
示，相较于未改性的织物衬垫材料，经冷冻处理的织
影响到纤维与基体之间的应力传递，从而决定织物衬
物衬垫在不同载荷和温度条件下均表现出更低的磨
垫的强度；其次，界面影响到织物衬垫损伤累积与裂
损率，这主要归因于织物衬垫界面黏附性能的改善.
纹的传播历程，从而决定织物衬垫的断裂韧性；最后，
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Qiu等 研究超声改性对PTFE/芳纶复合材料转移膜
界面直接影响织物衬垫的耐环境、介质稳定性及织物
衬垫材料的功能性. 因此，许多研究者探索通过改善 形成机制和摩擦学性能的影响，结果表明织物纤维经
织物衬垫材料的界面黏附性能提升复合材料的摩擦 超声处理后，织物衬垫可以在更短的时间内形成连续
学性能. 目前，主要的织物纤维表面改性技术可以大 和稳定的PTFE转移膜，使得改性后的织物衬垫呈现
致分为物理改性、化学改性和纳米材料界面过渡层构 出更低的摩擦系数和磨损量. 此外，织物衬垫经超声
建3个方面. 改性后，在摩擦过程中仅产生黏着磨损，而未改性的

4.1 物理改性方法 织物衬垫材料在测试过程中出现严重的黏着和磨粒
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物理改性方法是利用等离子体表面改性、高能辐 磨损现象，如图8所示. Ren等 研究空气等离子体处
射改性、冷冻处理等物理手段改变纤维表面形貌和结 理对PTFE/Nomex酚醛树脂基织物衬垫摩擦学性能的
构，提升织物衬垫材料的界面黏附性能，进而增强衬 影响. 结果表明PTFE纤维和Nomex纤维经空气等离子

I 0.042 Unmodified 50 Unmodified 80 Unmodified
(1) Modified II III 45 (2) Modified III 75 (3) Modified II III
Friction coefficient 0.038 I Wear loss/μm 35 I II Friction temperature/℃ 60 I
70
0.040
40
65
55
30
50
25
0.036
45
20
0.034
15
35
30
10 40
0.032 25
50 100 150 200 250 300 350 50 100 150 200 250 300 350 50 100 150 200 250 300 350
II Swivel time/min Swivel time/min Swivel time/min
(a) (b) (c) (d) Nubby wear debris
PTFE
PTFE transfer film transfer film
PTFE transfer film Bare aramid fibers
PTFE transfer film
100 μm 100 μm 100 μm 100 μm
(e) (f) (g) (h)

100 μm 100 μm 100 μm 100 μm

Fig. 8 Tribological performances of the self-lubricating radial spherical plain bearings with the liners modified and unmodified along
with swivel time：(1) friction coefficient；(2) wear loss；(3) friction temperature; SEM micrographs of the worn surfaces of the liners
modified and unmodified as well as their counter surfaces under different swivel times (f=2. 5 Hz，p=30 MPa)：(a) modified，t=200
min；(b) unmodified，t=200 min；(c) modified，t=350 min；(d) unmodified，t=350 min；(e) counter surface of (a)；(f) counter surface
of (b)；(g) counter surface of (c)；(h) counter surface of (d)
图 8 改性和未改性自润滑球面轴承衬垫随转动时间的摩擦学性能：(1) 摩擦系数；(2) 磨损量；(3) 摩擦温度; 改性和未改性衬
垫在不同转动时间条件下磨损面的扫描电镜照片 (f=2.5 Hz，p=30 MPa)：(a) 改性，t=200 min；(b) 未改性，t=200 min；(c) 改性，
t=350 min；(d) 未改性，t=350 min；(e~h) 分别对应为 (a~d) 对偶磨损表面形貌