Page 68 - 摩擦学学报2025年第10期
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第 10 期 郭红, 等: 多材料熔融沉积制备PEEK/PEI交替层状结构的摩擦学特性 1465
的磨损率获得最低值，比MWCNT+PEI/PEEK层状复 速度下的变形，降低摩擦系数和磨损率 [28-30] .
合材料磨损率降低了86%. 在载荷为152 N时，由于在 2.3 磨损机制
滑动过程中增强纤维与MWCNT+PEI/PEEK基体界面 CF增强相会影响复合材料的摩擦系数和磨损行
[26]
处的断裂被激活 以及在摩擦力和摩擦热的作用下，CF 为，在滑动过程中摩擦学性能在很大程度上也取决
质量分数为20%的复合材料磨损率略有增加的趋势. 于在另一侧形成转移膜的能力. 为了揭示本文中研究
当载荷增加至228 N时，由于更多的CF参与磨损，转移 MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复合材料的摩擦磨损行
膜的作用增强，CF含量对摩擦和磨损的影响减弱，磨 为，通过光学显微镜和SEM观察了样品的磨损表面和
[27]
损率的误差范围减小，直到达到临界值 . 对偶面上的转移膜.
2.2.3 速度对复合材料摩擦学行为的影响 图8所示为在61 N和1 m/s条件下，GCr15钢环与
图7所示为MWCNT+PEI/15CF+PEEK层状复合 不同CF含量的MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复合材
材料在122 N法向载荷下不同滑动速度的摩擦系数和 料滑动后转移膜的光学显微照片. 通过比较不同CF含
磨损率变化. 从图7(a)可以看出，在低速滑动条件下， 量摩擦后转移膜的光学显微照片及结合图6(b)中的结
由于CF凸出聚合物基体表面，摩擦系数波动较大；当 果，在61 N和1 m/s的条件下，MWCNT+PEI/CFs+PEEK
滑动速度为1.5、2.0 m/s时，CF的不断脱落和破裂形成 层状复合材料的耐磨性有较大的提高. 推测可能是在
片状磨损碎屑起到润滑剂的作用，以及聚合物基体在 该条件下MWCNT和CF的协同作用促进了1个相对均
滑动过程中由摩擦热产生的高温熔化形成转移膜，导 匀的转移膜的形成 [31-32] . 如图8(a)所示，在载荷为61 N
致复合材料的摩擦系数逐渐减小，最终使得达到稳定 和速度为1 m/s条件下，MWCNT+PEI/PEEK层状复合
状态摩擦曲线相对平稳且无明显波动. 材料在钢环凸起地看不到明显的转移膜形成. 如图8(b~
MWCNT+PEI/15CF+PEEK复合材料的磨损率随 c)所示，相同的条件下，添加5%CF 的层状复合材料与
着滑动速度从0.5 m/s增加到1 m/s而有所增加. 这归因 钢环表面初始部分发生直接刮擦，在直接摩擦区域形
于CF的剥落和开裂以及复合材料中聚合物基体在较 成明显摩擦氧化(如红色箭头所示)，钢环表面形成1层
[33]
高滑动速度下的变形. 然而，当以2 m/s的较高速度滑 薄而不连续的转移膜 . 当CF质量分数增加到15%时，
动时，复合材料的磨损率显著降低. 这是由于高滑动 在一定程度上增强了转移膜的完整性，在钢环表面可
速度的条件下，在滑动过程中会有更多的CF被剥离和 以清晰地看到1层薄、连续且均匀的转移膜，基本覆盖
开裂而形成磨损碎屑，堆积在对偶面上，逐渐形成连 了整个对偶表面，有效地减少了复合材料与对应材料
续转移膜，以起到润滑剂的作用，避免对偶面与基体 之间的“直接接触”，保护基体免受严重磨损，且提高
[34]
之间的直接接触. 同时，CF具有较高的导热性，可以 了其耐磨性 . 因此，MWCNT+PEI/CFs+PEEK层状复
使材料耗散更多的能量，MWCNT抑制裂纹扩展并连 合材料在该条件下具有较好的摩擦学性能. CF质量分
接相邻的CF，形成了1条有效的导热路径，防止温度 数为20%的复合材料与钢环表面直接摩擦形成较厚且
梯度增加到更高的水平，从而减少复合材料在高滑动 呈块状的摩擦氧化层(如白色箭头所指)，钢环表面划
(a) 0.40 0.5 m/s (b) 0.25
0.35 1.0 m/s 10
0.30 1.5 m/s 0.20 8
2.0 m/s
Friction coefficient 0.20 Friction coefficient 0.15 6 4 Wear rate/[10 −7 mm 3 /(N·m)]
0.25
0.10
0.15
0.10
0.05 0.05 2
0.00 0.00 0
0 1 2 3 4 5 6 7 0.5 1.0 1.5 2.0
Sliding time/10 % Sliding speed/(m/s)
3
Fig. 7 Friction curve diagram of MWCNT+PEI/15CF+PEEK layered composites at different speeds:
(a) average friction coefficient; (b) wear rate
图 7 不同速度下MWCNT+PEI/15CF+PEEK层状复合材料的摩擦系数曲线图：(a) 平均摩擦系数；(b) 磨损率
