Page 56 - 摩擦学学报2025年第8期

1154 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

Polymer composites T g 15SCF/PEI/PEEK
F
SCF 10SCF/PEI/PEEK
SCF
Heat flow/(W/g) 5SCF/PEI/PEEK
Transfer film
Steel ring 3SCF/PEI/PEEK

Exo 30PEI/70PEEK

Fig. 1 Schematic diagram of pin ring friction contact 50 100 150 200 250 300 350 400
图 1 销环式摩擦接触示意图 Temperature/℃
Fig. 2 DSC profile of SCF/PEI/PEEK
试时间保持为120 min，滑动速度均固定为1 m/s. 摩擦 图 2 SCF/PEI/PEEK的DSC图谱
状态为干摩擦，样品尺寸为4 mm×4 mm×12 mm. 复合

材料的磨损率采用质量差计算，计算公式如式(1)所示. 表 3 SCF/PEI/PEEK的玻璃化转变温度及熔融温度
Table 3 SCF/PEI/PEEK glass transition temperature and
∆m
W s = (1) melting temperature
ρFL
Composites T g /℃ T m /℃ X c /%
式中： W s 为样品的磨损率[mm /(N·m)]； ∆m为摩擦前
3
30PEI/70PEEK 163.02 337.85 14.62
后的质量损失(g)；ρ为复合材料的密度(g/cm )；F为作 3SCF/PEI/PEEK 162.52 337.75 10.22
3
用在复合材料上的载荷(N)；L为滑动距离(m). 5SCF/PEI/PEEK 162.19 337.03 8.46
10SCF/PEI/PEEK 162.28 337.67 9.20
由于FDM 3D打印样品存在较多孔隙，其密度测
15SCF/PEI/PEEK 164.49 336.45 7.93
试使用高精度电子天平(ME204E/02)测量样品的质
量，并使用公式(2)计算其真实密度ρ. 现冷结晶峰. 这是因为打印过程中，腔温相较于打印
m 1 喷嘴温度较低，进而导致复合材料结晶度较低. 随着
ρ = ρ 1 (2)
m 1 −m 2
SCF含量的增加，复合材料的结晶度逐渐降低，这与
3
式中：ρ为3D打印试样的真实密度(g/cm )； m 1 为空气 [15]
SCF限制分子链的运动和排列有关 ，且SCF含量越
中样品的质量(g)； m 2 为在水中称取的质量(g)； 为水 高，限制效果越明显. 其中，15SCF/PEI/PEEK的结晶
ρ 1
3
的密度， ρ 1 =1 g/cm .
度相较于30PEI/70PEEK降低了45.76%.

1.6 结构表征 SCF增强PEI/PEEK复合材料的热重曲线如图3所
对复合材料的力学和摩擦学性能均使用扫描电 示，可以明显看到30PEI/70PEEK和相应的SCF增强复
镜(SEM)进行表征，主要用于观察复合材料力学测试 合材料在500 ℃之前失重率较低，仍然保持了较好的
件的断面，样品的摩擦表面以及对偶钢环表面的转移 热稳定性. 当温度不断升高至550 ℃附近时，复合材料
膜. 采用X射线能量色散谱仪(EDS)用于分析对偶表面 的失重率达到最大. 值得指出的是，SCF的含量对复合
形成的转移膜的元素组成，同时利用拉曼光谱仪对转 材料的最大失重温度影响较小. 在800 ℃时相对应的
移膜中的碳元素进行表征.
残碳率随着SCF含量的增加而不断地升高，其中15SCF/

PEI/PEEK的残碳率相较于30PEI/70PEEK的残碳率增
2 结果与讨论
加了12.85%，这归因于SCF作为热稳定剂发挥的屏蔽
2.1 SCF/PEI/PEEK复合材料的热学性能 效应，能够在一定程度上保护基体免受降解. 同时，随
图2所示为SCF质量分数分别为0%、3%、5%、10% 着SCF含量的不断增加，其阻碍复合材料挥发性分解
和15%的PEI/PEEK复合材料的DSC曲线，DSC曲线相 产物向气相迁移的能力得到增强，从而产生更明显的
[16]
应的玻璃化转变温度、熔融温度和结晶度列于表3 屏蔽效果 . 此外，由于SCF对热量的吸收速度比聚合
中. 如无特殊说明，下文中的SCF含量指质量分数。可以 物基体本身更快，使得复合材料的热稳定性随着SCF
明显看到，SCF的加入并未对复合材料的玻璃化转变 质量分数的增加而升高，相对应的残碳率也不断增加.

温度和熔融温度产生较大的影响，然而结晶度随着 2.2 SCF/PEI/PEEK复合材料力学性能分析
SCF的加入呈现逐渐降低的趋势，并且DSC曲线皆出 图4所示为不同SCF含量的复合材料的拉伸性能