Page 115 - 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 603

30 N-120 r/min TPU
(a) 5 (b)
x i x i +Δx
0
1 000 μm
z/μm −5
40 Depth/μm −10 f (x i )
20 −15 S i
0 Δx
−20 −20
−40 −25 Wear rate=0.11×10 mm /(N·m)
−3
3
5 216 μm 0 1 2 3 4 5
Width/mm
200 200
(c) — TPU — Si12-CF0 — Si9-CF3 (d) — TPU — Si12-CF0 — Si9-CF3
0 — Si6-CF6 — Si3-CF9 — Si0-CF12 0 — Si6-CF6 — Si3-CF9 — Si0-CF12
−200 −200
Depth/μm −400 Depth/μm −400

−600
−600
−800 50 N −800 30 N
60 r/min 120 r/min
−1 000 −1 000
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
Width/mm Width/mm
24 24
(e) Si12-CF0 Si9-CF3 Si6-CF6 21 (f) Si12-CF0 Si9-CF3 Si6-CF6
Si3-CF9
Wear rate/[10 −3 mm 3 /(N·m)] 6 60 r/min Wear rate/[10 −3 mm 3 /(N·m)] 12 6 30 N
Si0-CF12
Si3-CF9
Si0-CF12
21

0 3 3 0
10 30 50 60 120 180
Load/N Velocity/(r/min)
Fig. 8 (a) 3D morphology of pure TPU and (b) its cross-section profiles curve; cross-section profiles curve of modified TPU
composites at different load and speed conditions: (c) 50 N and 60 r/min; (d) 30 N and 120 r/m; wear rate of
modified TPU composites at different load and speed conditions: (e) 0, 30 and 50 N and 60 r/min and
(f) 60, 120 and 180 r/min and 30 N
图 8 (a)纯TPU的磨痕三维形貌和(b) TPU的磨痕截面伦廓曲线；改性TPU复合材料在不同工况条件下的磨痕截面
轮廓曲线：(c) 50 N和60 r/min；(d) 30 N和120 r/min；改性TPU复合材料在不同工况条件下的磨损率：
(e) 10、30和50 N及60 r/min和(f) 60、120和180 r/min及30 N

能 [29-30] . 虽然SiO NPs提高了TPU材料的表面硬度，但 CF处时，应力倾向于沿着CF长度方向扩张，导致复合
2
削弱了复合材料的拉伸性能，在磨粒磨损的作用下复 材料中的CF与基体分离甚至断裂，从而耗散能量. 此
合材料容易被拉伸、撕裂进而形成裂纹，导致耐磨性 外，CF还起到桥接和锚固裂纹的作用，抑制裂纹尖端
能急剧下降[图10(b3)]. 区域的扩展，从而改善复合材料的失效行为 [31-32] . 随着
添加具有高模量和耐高温等特性的高性能CF有 摩擦磨损的进展，从基体材料中逐步剥离的CF在摩擦
效提高了改性复合材料的机械性能和热稳定性(图4)， 副的挤压下平铺在摩擦表面形成摩擦膜[图10(c3)]；其

有利于改善复合材料在摩擦磨损过程中因摩擦剪切 有利于减小脱落的SiO NPs和CF填料对基体的犁削作
2
力和摩擦热导致的机械变形和热变形行为. 其作用机 用，有效改善摩擦系数的波动行为，提高摩擦系数的
理如图10(d)所示，当复合材料基体形成裂纹并扩张至 稳定性并保护基体材料进一步磨损，同时可以导出摩