Page 113 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 郑占模, 等: 二氧化硅纳米颗粒协同碳纤维增强复合材料防滑和耐磨性能研究 601

0.8

(a) Dry wear
Water lubrication Severe friction
0.6
Friction coefficient 0.4 Running-in Stable friction Decreacing friction

0.2

10 N-60 r/min
Pure TPU coefficient
0.0
0 600 1 200 1 800 2 400 3 000 3 600
Time/s
0.8 0.8
(b) — Pure TPU — Si12-CF0 — Si9-CF3 (c) — Pure TPU — Si12-CF0 — Si9-CF3
— Si6-CF6 — Si3-CF9 — Si0-CF12 — Si6-CF6 — Si3-CF9 — Si0-CF12
0.6 0.6
Friction coefficient 0.4 Friction coefficient 0.4

0.2
Water 10 N-60 r/min 0.2 Water 30 N-120 r/min
0.0 0.0
0 600 1 200 1 800 2 400 3 000 3 600 0 600 1 200 1 800 2 400 3 000 3 600
Time/s Time/s
1.0 1.0
(d) Pure TPU Si12-CF0 Si9-CF3 0.8 (e) Pure TPU Si12-CF0 Si9-CF3
Si0-CF12
Si3-CF9
Si0-CF12
Average friction coefficient 0.6 60 r/min Average friction coefficient 0.6 Water
Si6-CF6
Si3-CF9
Si6-CF6
0.8
Water
30 N
0.4
0.4
0.2
0.0
0.0 0.2
10 30 50 60 120 180
Load/N Velocity/(r/min)
Fig. 6 (a) Friction coefficient curves of TPU materials under dry friction and water lubrication, respectively; friction coefficient
curves of modified TPU composites under water lubrication: (b) 10 N, 60 r/min; (c) 30 N, 120 r/min; average friction
coefficient of modified TPU composites under water-lubricated conditions under different loads and speeds:
(d) 10, 30 and 50 N and 60 r/min; (e) 60, 120, 180 r/min and 30 N
图 6 (a) TPU材料分别在干摩擦和水润滑条件下的摩擦系数曲线；水润滑条件下改性TPU复合材料的摩擦系数曲线：
(b) 10 N，60 r/min；(c) 30 N，120 r/min；改性TPU复合材料在水润滑，不同载荷与转速工况下的平均摩擦系数：
(d) 10、30和50 N和60 r/min；(e) 60、120、180 r/min和30 N

W/∆x
∑ 图8(c)和(d)所示为改性复合材料分别在50 N、
V = L·S = L· f (x i )∆x (3)
i=1 60 r/min和30 N、120 r/min典型工况下的磨痕轮廓曲
改性复合材料单位滑动距离单位载荷的体积磨 线. 与纯TPU相比，改性复合材料的磨痕轮廓截面显
损率为 著增大，其中Si12-CF0复合材料的磨痕轮廓截面最大.

W/∆x 随着CF的添加，改性复合材料的磨痕截面明显减小，
∑
L· f (x i )∆x
V i=1 且随着CF含量的增大而减小. 基于改性复合材料的磨
K = = (4)
F · D F · D 痕轮廓曲线，计算其在各种工况条件下的磨损率，结
式中， V是磨损体积(mm )， 为施加载荷(N)， L是磨 果如图8(e)和(f)所示. 在30 N和120 r/min工况下，Si12-
3
F
3
−3
痕圆周长度， W是磨痕宽度(μm)， D是总滑动行程(μm). CF0复合材料的磨损率为12.64×10 mm /(N·m)，大于