Page 67 - 摩擦学学报2025年第10期

1464 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

摩擦系数大幅度降低然后保持在恒定水平. 这种现象 摩擦副之间的接触面积增大，表面热应力软化现象明
在高载下更加明显，较多的CF参与磨损，缩短了磨合 显，纤维中石墨晶体断裂和压实增多，形成的磨损碎屑
期，加速了稳定转移膜的形成，稳定的转移膜可用于 具有润滑作用，摩擦系数显著降低. 在228 N下MWCNT+

降低混合物的摩擦系数. PEI/5CF+PEEK层状复合材料的摩擦系数略微升高，
2.2.2 载荷对复合材料摩擦学行为的影响 可能是因为在高载作用下少量的CF破损不足以在钢

MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复合材料在不同载 环表面形成坚韧且完整的转移膜，导致样品表面粗
荷作用下稳定阶段的平均摩擦系数和磨损率如图6所 糙度增加，摩擦系数增大，但不影响其耐磨性 [23-24] . 分
示. 由图6可知，在1 m/s滑动速度下，复合材料的稳态 析认为添加CF提高了PEEK材料的热稳定性，加快了
摩擦系数随着施加载荷的增加而减小. 当载荷为61 N MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复合材料在摩擦过程中
时，CF质量分数对摩擦系数和磨损率的影响较为显著， 表面热量的扩散，降低了摩擦表面的温度和切削作
[25]
随着施加载荷的增加，相同压力下摩擦系数和磨损率 用，提高了耐磨性能 .
差异化现象减小. 由图6(b)可知，CF的加入明显提高了MWCNT+PEI/
由于摩擦系数受施加载荷和接触面积的影响，在 CFs+PEEK层状复合材料的承载能力，且磨损率随着
载荷为61 N条件下，材料表面处于黏弹性接触状态， 施加载荷的增加呈明显降低趋势. 在载荷为61 N条件
黏着和变形导致摩擦力较大，摩擦系数较高，而CF作 下，随着CF质量分数的增加，复合材料的磨损率呈现
为软质聚合物基体中的硬相，减小了与配合面的真实 先减小后增加的趋势. 在较低的载荷下，过量的CF使
接触面积，有效降低了黏附力，因此其摩擦系数低于 得基体传递应力减少，导致纤维从基体表面脱落，对
MWCNT+PEI/PEEK层状复合材料；当载荷增大到152 N 复合材料表面造成破坏，增加材料的磨损. CF质量分
和228 N时，MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复合材料与 数为15%时，MWCNT+PEI/15CF+PEEK层状复合材料

(a) 0.8 (b) 0.35
0.7 MWCNT + PEI/PEEK 0.30 MWCNT + PEI/5CF + PEEK
61 N MWCNT + PEI/5CF + PEEK 0.25 228 N MWCNT + PEI/10CF + PEEK
MWCNT + PEI/10CF + PEEK
0.6
MWCNT + PEI/15CF + PEEK
Friction coefficient 0.5 MWCNT + PEI/20CF + PEEK Friction coefficient 0.20 MWCNT + PEI/20CF + PEEK
MWCNT + PEI/15CF + PEEK
0.4
0.15
0.3
0.2
0.05
0.1 0.10
0.0 0.00
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000
Sliding time/s Sliding time/s
Fig. 5 The friction coefficient of MWCNT+PEI/CFs+PEEK with CF of different mass fraction varies with time
图 5 不同质量分数CF的MWCNT+PEI/CFs+PEEK摩擦系数随时间变化曲线

(a) 0.45 61 N (b) 10.4 61 N
0.40 152 N 152 N
0.35 228 N 9.1 228 N
Friction coefficient 0.25 Wear rate/[10 −6 mm 3 /(N·m)] 6.5
7.8
0.30
0.20
1.5
0.15
0.10
0.5
0.05 1.0
0.00 0.0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
Mass fraction of CF/% Mass fraction of CF/%
Fig. 6 Layered composites with different carbon fiber contents under different loads: (a) average friction coefficient; (b) wear rate
图 6 不同载荷下不同质量分数CF的层状复合材料：(a)平均摩擦系数；(b)磨损率