Page 108 - 摩擦学学报2025年第4期

596 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

炼机将TPU、CF和SiO NPs加热至熔融状态并持续搅 表 1 改性聚氨酯复合材料配方
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拌20 min[图1(c)]. 设置密炼机的加热温度为220 ℃， Table 1 The designation and formulation of developed
TPU composites
速度为60 r/min. 将预混合的复合材料粉碎成小颗粒
Mass fraction/%
后利用成型注塑机[图1(d)]制成规则的圆盘型和哑铃 Number Designation
SiO 2 CF TPU
型试样，如图1(f)所示. 设置注塑温度为220 ℃，压力 1 TPU 0 0 100
为110 MPa，时间为25 s. 研究表明，改性填料的含量 2 Si12-CF0 12 0 88
3 Si9-CF3 9 3 88
极大影响着摩擦材料的机械性能和摩擦学性能，过多
4 Si6-CF6 6 6 88
的摩擦填料会导致摩擦对偶表面磨损加剧、产生严重 5 Si3-CF9 3 9 88
的摩擦振动噪声和抱死等现象；摩擦填料含量过低会 6 Si0-CF12 0 12 88
导致摩擦材料的制动有效性和时效性降低，降低了设
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备运行的可靠性 . 因此，基于现有配方，结合本次试 损、高温稳定性好和化学性质稳定等优异特性，与软
验选用的3种材料的综合性能，试验制备了6种不同配 质聚氨酯复合材料的摩擦磨损过程中，产生磨损、磨
比的SiO NPs/CF/TPU复合材料，其配比和命名方式列 屑和摩擦化学反应等现象较少，从而减小ZrO 陶瓷球
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2
[26]
于表1中 . 其中SiO NPs的质量分数分别为12%、9%、 的磨损产物对改性复合材料摩擦行为研究的影响，缩
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6%、3%和0%；随着SiO NPs比例的降低，CF的质量分 小改性复合材料摩擦磨损性能的评价误差. 因此，试
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数对应增加，分别为0%、3%、6%、9%和12%. 将复合 验选用ZrO 陶瓷球作为摩擦副，其直径为10 mm，表
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材料命名为Six-CFy，其中x、y分别代表SiO NPs和CF 面粗糙度S =0.2±0.05 mm，如图2(b)所示. 复合材料试
a
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的质量分数. 例如，Si3-CF9表示添加SiO NPs和CF的 样的尺寸为外径Φ=30 mm，高度H=8 mm，如图2(c)所示.
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质量分数分别为3%和9%的复合材料. 摩擦磨损试验的原理如图2(d)所示，试样固定于底部

1.3 摩擦磨损试验 旋转模块，在电机的带动下保持旋转运动；ZrO 陶瓷球
2
使用RTEC摩擦磨损试验机的销-盘旋转模块对 在顶部保持固定，其与复合材料试样中心距离R=8 mm.
TPU复合材料开展水润滑条件下的摩擦磨损试验，如 测试装置顶部的二维力学传感器实时采集摩擦过程
图2(a)所示. 氧化锆(ZrO )陶瓷球具有强度高、耐磨 中的摩擦力和摩擦系数信号，采集频率为500 Hz. 试
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(a)
(d) Normal force

2D force sensor

Suspension
Connecting rod

Rotary motion Ball holder
module Motor ZrO 2 ball Distilled water
Specimen

(b) (c) Rotary motion
module
Φ=10 mm Φ=30 mm R=8 mm

H=8 mm ω
ZrO 2 ball Specimen
Fig. 2 Test apparatus and principles: (a) RTEC tribo-tester; (b) ZrO 2 ball; (c) specimen; (d) schematic diagram of the
rotary motion friction experiment under water lubrication condition
图 2 试验装置和原理：(a) RTEC摩擦试验机；(b)氧化铝球；(c)试样；(d)水润滑摩擦试验原理图