Page 63 - 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 1161

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

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

Fig. 14 SEM micrographs of friction surfaces morphology of 10SCF/PEI/PEEK under different loads:
(a) 2 MPa; (b) 5 MPa; (c) 10 MPa; (d) 15 MPa
图 14 10SCF/PEI/PEEK在不同载荷下的摩擦表面形貌的SEM照片：(a) 2 MPa；(b) 5 MPa；(c) 10 MPa；(d) 15 MPa

可以看出，在5 MPa时，纤维与基体材料结合较差，脱 关系，对10SCF/PEI/PEEK在不同阶段：(Ⅰ) 500 s，摩擦
粘较为严重，同时还发生了较为严重的纤维断裂，导 系数最低点a；(Ⅱ) 800 s，摩擦系数最高点b；(Ⅲ) 7 200 s，
致出现相对较高的磨损率. 但其磨损率随载荷的变化 摩擦系数平衡点c. 这3个阶段所形成的转移膜的结构
规律并不是特别明显，其相对应的I /I 规律也是如此. 和组成进行了分析，如图15所示.
D G
由此可见，SCF质量分数为10%时，复合材料的磨损率 图16所示为10SCF/PEI/PEEK在不同摩擦阶段形
以及I /I 受载荷影响较小. 成的转移膜的SEM照片，图16(a)为500 s时摩擦系数
D G
在SCF增强复合材料的摩擦过程中，当载荷为 最低点所对应的转移膜的形貌，图16(b)为摩擦曲线最
10或15 MPa 且SCF质量分数为10%或15%时，其摩擦 高点所相对应的转移膜形貌. 由图15可知，在摩擦的
系数随时间呈现出明显的先降低后升高再降低直至 初始阶段，摩擦系数急剧下降，观察图16(a)可知，这与
稳定的趋势. 为了揭示摩擦系数变化与对偶转移膜的 钢环表面形成了质量较好的SCF增强复合材料转移膜
有关. 不同时间段转移膜元素含量百分比列于表5中，

0.6
由表5可知，其主要组成成分为碳元素和铁元素，而氧
10 MPa 元素含量较低，这是由于转移膜主要是由SCF增强复
0.5
合材料被反复碾压而成. 而且，在对偶表面的转移膜
Friction coefficient 0.3 b c 薄且均匀地覆盖在钢环表面，不仅仅填充在沟壑中，
0.4
而且在平台区域也有均匀的分布[图16(a)]. 上述转移
膜的形成使得摩擦过程中易发生界面剪切，是摩擦系
0.2
0.1 a 10SCF/PEI/PEEK 数能够快速降低的重要原因.
在滑动摩擦由500 s到800 s的过程中，摩擦系数急
0.0
0 1 2 3 4 5 6 7 剧升高，直至最高点b. 分析其所对应的转移膜[图16(b)]
Time/10 s
3
可知，在一些沟壑区域稀疏地分布着SCF增强复合材
Fig. 15 10SCF/PEI/PEEK friction coefficient [24-25]
versus time curve 料经过磨屑压实形成的转移膜 ，由表5所示的元素
图 15 10SCF/PEI/PEEK摩擦系数随时间变化曲线 含量可知，沟壑之间的平台区域转移膜中碳元素所占

(a) (b) (c)

10 μm 10 μm 10 μm

Fig. 16 SEM micrographs of transfer film morphology of 10SCF/PEI/PEEK at different friction stages
(a) lowest point; (b) highest point; (c) equilibrium point
图 16 10SCF/PEI/PEEK在不同摩擦阶段的转移膜形貌的SEM照片：(a) 最低点；(b) 最高点；(c) 平衡点