Page 132 - 摩擦学学报2025年第9期

1386 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

的形变速率和表面润滑以及液固承载协同发展时，摩 黏滑混合状态. 图9(d)所示为摩擦扭矩随周期变化曲
擦系数逐渐趋于稳定. 因此交错定向的3CF 3PC-C gel 线，表明交错定向3CF 3PC-C gel摩擦扭矩时变曲线增
摩擦系数最低，稳定值为0.038. 无序分布的CF在摩擦 长较为平缓，并优先进入稳定期，且摩擦后期(7 000次
过程中增大了界面间的黏滞阻力，导致不定向3CF 3PC- 循环后)的摩擦扭矩最小. 表明交错有序的CF和网络
C gel的摩擦系数最大，稳定值为0.046. 结构可有效降低复合水凝胶的摩擦扭矩，提高复合水
随着载荷的增加，交错定向3CF 3PC-C gel的摩擦 凝胶的扭动摩擦稳定性.
系数先减小后增大，如图8(c)和(d)所示. 较小载荷时， 图10所示为交错定向3CF 3PC-C gel在不同扭动
固相承载的水凝胶表面变形较小，摩擦系数主要受摩 角度下的扭动摩擦学性能，由T-θ曲线可知，扭动幅值
擦副表层结构状态影响，摩擦系数较大，但随着载荷 为1°，T-θ曲线始终为直线型，相对运动状态为部分滑
的增加，具有交错有序孔隙结构的交错定向3CF 3PC- 移；扭动幅值为3°和5°时，T-θ曲线始终为类椭圆型，
C gel中的液相流动增强，变形增大，实际接触面积增 相对运动为黏滑混合状态；扭动幅值为10°时，T-θ曲
加，摩擦系数减小. 但当载荷过大时，水凝胶内部有序 线由平行四边形型向类椭圆型转变，相对运动由完全
排列的CF和晶畴结构变形加剧进而被破坏，导致黏滞 滑移向黏滑混合状态转变；当扭动幅值为15°时，接触
阻力增大，摩擦系数增加. 副的T-θ曲线始终为平行四边形型，相对运动始终是
此外，随滑动速度的增加，交错定向3CF 3PC-C gel 完全滑移状态. 随摩擦周次增加，摩擦扭矩先上升后
的摩擦系数减小，如图8(e)和(f)所示，当滑动速度从 趋于稳定，扭动幅值越小，进入稳定状态越快，且随扭
2.5 增至15.0 mm/s时，摩擦系数由0.04降至0.036. 交错 动幅值的增大，摩擦扭矩增加[图10(f)]. 这主要源于大
有序网络结构赋予了水凝胶优异的抗蠕变性能，还促 扭动角度的摩擦界面切向力大，界面变形大，扭动阻
进了摩擦过程中水凝胶液相承载和润滑作用的发挥. 力大. 但扭矩都相对较小，这主要源于纤维增强和有
如图9(a)、(b)和(c)所示，不定向0CF3PC-C gel和 序结构增强使交错定向的3CF 3PC-C gel具有优异的
3CF 3PC-C gel的T-θ曲线呈现由平行四边形型向类椭 承载能力.
圆型逐渐转化的趋势，摩擦界面间接触状态由完全滑 2.7 讨论
移状态向黏滑混合状态转变. 而交错定向3CF 3PC-C gel 图11所示为不同水凝胶的含水量、渗透系数、抗
的T-θ曲线始终表现为椭圆型，即接触状态始终处于 压强度和摩擦系数之间的比较关系. 结果表明低的含

0.020 (a) 10th 100th 1000th 3000th 0.020 (b) 10th 100th 1000th 3000th
8000th
8000th
10000th
5000th
10000th
5000th
0.015 0.015
0.010
0.010
Forque/(N·m) −0.005 Forque/(N·m) −0.005
0.005
0.005
0.000
0.000
−0.010
−0.015
−0.015 −0.010
−0.020 −0.020
−5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5
Angle/(°) Angle/(°)
0.015 (c) 10th 100th 1000th 3000th 0.015 (d)
10000th
5000th
8000th
0.012 0.012
0.009
Forque/(N·m) −0.003 Forque/(N·m) 0.009
0.006
0.003
0.000
0.006
−0.006
3CF-unoriented
−0.009 0.003 0CF-unoriented
3CF-oriented
−0.012 0.000
−0.015
−5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 0 2 4 6 8 10
Angle/(°) Cycles/10 3
Fig. 9 The torsion tribological performance of different friction pairs: T-θ curves of (a) 0CF unoriented 3PC-C gel, (b) 3CF
unoriented 3PC-C gel and (c) 3CF oriented 3PC-C gel; (d) the friction torque of 0CF unoriented 3PC-C gel,
3CF unoriented 3PC-C gel and 3CF oriented 3PC-C gel
图 9 不同水凝胶的扭动摩擦学性能：(a) 不定向0CF 3PC-C gel、(b) 不定向3CF 3PC-C gel和(c) 交错定向3CF 3PC-C gel的
T -θ曲线；(b) 不定向0CF 3PC-C gel、不定向3CF 3PC-C gel和交错定向3CF 3PC-C gel的摩擦扭矩