Page 61 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 阮俊飞, 等: 3D打印SCF/PEI/PEEK复合材料的摩擦学性能 1159

(a) (b) (c) (d)

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

(e) (f) (g) (h)

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

Fig. 10 SEM micrographs of friction surfaces of different composites and their dyadic surface transfer films at 10 MPa:
(a, e) 3SCF/PEI/PEEK; (b, f) 5SCF/PEI/PEEK; (c, g) 10SCF/PEI/PEEK; (d, h) 15SCF/PEI/PEEK
图 10 10 MPa下不同复合材料的摩擦表面及其对偶表面转移膜形貌的SEM照片： (a, e) 3SCF/PEI/PEEK；
(b, f) 5SCF/PEI/PEEK；(c, g) 10SCF/PEI/PEEK；(d, h) 15SCF/PEI/PEEK

其是在高载荷条件下SCF明显变薄[图10(c)和(d)]，这 率越低，相对应的I /I 值越低，其石墨化程度越高，说
D G
是复合材料磨损率较低的重要原因. 此外，磨损表面 明高含量的SCF在高载荷条件下滑动时促进了转移膜
在较低SCF含量下(3SCF/PEI/PEEK和5SCF/PEI/PEEK) 中碳元素有序化的转变. 图12所示为不同SCF含量的
有平行于滑动方向的犁沟[图10(a)和(b)]，在较高SCF 复合材料在10 MPa下与钢环相对摩擦形成的转移膜
含量下磨损表面比较光滑[图10(c)和(d)]. 从磨损表面 的Raman光谱，从图中可以看到在1 350和1 580 cm 处
−1
形貌还可以看出，纤维与基体材料之间的结合能力较 有明显的D峰和G峰，其中，D峰与G峰分别代表碳元
[22]
差[图10(b)]. 由于较高的接触压力，磨损表面也出现 素的无序化程度和石墨化程度 ，其比值 (I /I ) 越小
D G
[23]
许多纤维碎片，这种刚性纤维碎片起到磨粒的作用， 代表碳元素石墨化程度越高 .
引起三体磨损，加剧了复合材料的磨损. 随着SCF含量
2.5

的增加，纤维容易发生团聚现象，进而导致SCF在基 6 Wear rate
体中的分散不均匀[图10(c)和(d)]. SCF的团聚增大了 5 I D /I G
复合材料与对偶之间的相对运动阻力，导致复合材料 4 2.0
的摩擦系数升高(图8). Wear rate/[10 −6 mm 3 /(N·m)] 3 I D /I G
与样品磨损表面相对应，在钢环表面形成的不同 1.5
形态的转移膜也与SCF含量有关. 由图10所示金属对 2
偶表面形成的转移膜的微观形貌分析可见，与SCF增 1
强复合材料相对摩擦时，对偶表面形成了较薄的转移 0 3 5 10 15 1.0
膜，磨屑只填充了钢环表面的一些沟壑[图10(e)]，导 Mass fraction of carbon fiber/%
致转移膜覆盖率较低，这与SCF含量较低有关，进而 Fig. 11 Wear rate and I D /I G values of composites with
different SCF contents at 10 MPa
导致了材料耐磨性较差. 随着SCF含量的不断增加，转
图 11 10 MPa下不同SCF含量复合材料的磨损率与I D /I G 值
移膜的覆盖率不断增加，其中5 MPa时，形成的片状转
移膜有着明显的破损. 但是随着SCF含量的进一步增 图13所示为10SCF/PEI/PEEK在不同载荷下的摩
大，形成的转移膜的质量进一步改善，且覆盖率较大， 擦系数和磨损率，从图13(a)可以看出，10SCF/PEI/PEEK
沟壑被完全覆盖[图10(h)]，这也是高SCF含量下的复 的摩擦系数随着载荷的增加逐渐降低，其中在15 MPa
合材料磨损率较低的重要原因. 时，摩擦系数为0.17，相较于2 MPa时的摩擦系数降低
SCF增强复合材料的磨损率与钢环表面的I /I 值 了59.5%. 随着载荷的增大，摩擦系数变化幅度较大，
D G
成正比，如图11所示，SCF含量越高，复合材料的磨损 当载荷由10 MPa增加到15 MPa时，变化趋势有所减