环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究.pdf

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84第。42卷，第5期‘工程塑料应用Vol42．NO．520l45ENGINEERINGPLASTICSAPPLICATIONMav2Ol4doi：10．3969~．issn．1001-3539．2014．05．020环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究丹曹伟伟，龙国荣，朱波，朱文韬，卞志勇，李胜业(1．泰山体育产业集团有限公司，山东德州253600；2．天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387；3．国家体育用品工程技术研究中心，山东德州253600；4．山东大学材料科学与工程学院碳纤维工程技术中心，济南250061)摘要：为了提高碳纤维(cF)自行车轮毅的寿命，研究了以SiC颗粒改性的环氧树脂为基体，cF平纹布为增强体的复合材料在不同载荷、不同摩擦环境及不同SiC含量情况下的磨损量与摩擦系数。结果表明，增大载荷和湿态(水润滑)的摩擦环境会不同程度地增加复合材料的磨损量，同时随着SiC填料含量的增加，复合材料的耐磨损性能增加。关键词：SiC颗粒；碳纤维；环氧树脂；磨损量；摩擦系数中图分类号：TQ327文献标识码：A文章编号：1001—3539(2014)05—0084-05StudyonFrictionPerformanceofEpoxyResinMatrixCarbonFiberCompositeFrictionalLayerCaoWeiwei一，LongGuorong，ZhuBo，ZhuWentao，BianZhiyong一，LiShengye(1．TaishanSportsIndustryGroup，Dezhou253600，China；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300387，China；3．ChineseNationalEngineeringResearchCenterofSporingGoods，Dezhou253600，China；4．CarbonFiberTechnologyResearchCenter，SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：Inordertoimprovethelifetimeofthecarbonfiberbicyclewheel，thewearmasslOSSandfrictioncoe佑cientofcompositesmadebySiCmodifiedepoxyresinsystemasmatrixandcarbonfiberplainclothasreinforcementwerestudiedinthecaseofdifierentload．differentfrictionsituationanddifferentmodifierproportion．TheresultsshowthatthewearmasslOSSincreaseswimtheloadincreasingandatwaterlubricationcondition，atthesametime，thewear-resistingpropertyofcompositeincreaseswiththecontentofSiCmodifierincreasing．Keywords：SiCparticle；carbonfiber；epoxyresin；wearmassloss；frictioncoeficient在自行车公路赛中选手们会大量、频繁地使用擦层的改性工艺，为竞技用自行车复合材料轮圈的刹车，这不仅会产生大量的热量，如果轮圈材质耐磨制动性能提升提供了工艺基础和设计思路。性能不佳还会造成轮毂部位力学结构的削弱和破1实验部分坏，直接影响到了运动员的比赛成绩和行车安全。1．1原材料目前竞技用自行车的复合材料化是碳纤维(cF)复环氧树脂(EP)：AD一80，泰山体育产业集团有合材料民品应用的一个亮点，除前后又、车架等部位限公司；外，自行车轮圈的复合材料化尤其是刹车部位的复4，4．二氨基二苯砜(DDS)固化剂：上海三爱合材料结构分析，成为非常重要的研究工作，其中树思试剂有限公司；脂的改性和树脂基复合材料摩擦层的研究对于提高纳米SiC颗粒：北京德科岛金科技有限公司；自行车刹车系统的耐用性，特别是改善CF复合材CF平纹布：T300系列，济南发尔博科技有限公料自行车的轮毂寿命，保证CF自行车的质量具有司。非常重要的意义。1．2设备与仪器基于此，笔者从提高耐磨性能的设计思路出万能液压机：YB32—1000型，天津市天锻瑞丰发，采用填充特种SiC填料的方法对树脂进行改性，中国博士后基金项目r2012M511544)研制一种公路竞技用自行车轮圈的导热型摩擦层复联系人：曹伟伟，讲师，博士，主要研究方向为树脂基碳纤维复合合材料，利用磨损试验机，对轮圈复合材料摩擦层样材料品进行了磨损性能研究，确定了耐摩擦复合材料摩收稿日期：2014—02一l1 曹伟伟，等：环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究85压力机制造有限公司；0．18模具：自制；0．12场发射扫描电子显微镜(SEM)：SU-70型，日辎本日立公司；埘0．06摩擦磨损试验机：上海工业大学附属工厂。1．3试样制备0．OO以一定量SiC改性的EP为基体，CF平纹布为增强体压制复合材料板，割成5mm×10mm×3mm的样条，表面用细砂纸打磨后用超声仪超声水洗后烘干备用。试样配方见表1。表1试样配方％0．10一l231．4摩擦磨损性能测试试样编号(1)干态摩擦磨损性能测试。(b)将制备好的样品放置在摩擦试验机的样品囹一15kg载荷；目一20kg载荷夹上，并用半径40mm的铜轮将其压紧；在低速a一干态加载；b一湿态加载(200r／min)启动摩擦试验机后，立即关闭，然后在图1不同加载条件下复合材料摩擦层的摩擦系数对比咖咖高速(400r／min)下启动，将载荷加至所需的载荷之后开始计时。0．0030。D＼(2)湿态摩擦磨损性能测试。o．0020在样品上方的漏斗架上放置盛水的漏斗，滴速墩设置为60滴／min，其它条件同干态测试。0．00102结果与讨论1232．1载荷对复合材料摩擦层的摩擦性能影响试样编号加载条件对于复合材料摩擦层的摩擦性能有(a)着直接关系。图1和图2分别为不同加载条件下复合材料摩擦层的摩擦系数和磨损量的数据对比。∞＼从图1可以发现，对于相同填料含量的复合材删料摩擦层样品，无论在干态还是湿态环境下进行摩擦测试，随着加载压力的提高，摩擦系数普遍降低。[～亘在复合材料摩擦层的摩擦过程中，摩擦性能受到粘123着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损三者的共同作用，由试样编号于体系中存在SiC粉末，并且存在含碳量极高的CFfb增强体，二者在摩擦接触面上产生的磨屑均具有一囹一15kg载荷；目一20载荷定的润滑作用[，当加载压力变大时，这种磨屑的润a一十态加载：b-湿态加载滑作用使得样品与摩擦环的接触面上的摩擦力的增图2不同加载条件下复合材料摩擦层的磨损量对比幅小于载荷的增幅，根据摩擦系数的计算公式可知，量随加载压力的提高大幅度增加，而湿态环境下样随着载荷增加，摩擦系数普遍有所降低。品的磨损量随加载压力的提高，增加幅度相对较小。从图2可以看出，对于相同填料含量的复合材产生这种变化的主要原因是二者环境条件不同所引料摩擦层样品，干态和湿态环境下的样品磨损量均起的磨损机理差异。当干态环境条件下，摩擦接触随加载压力存在明显变化，干态环境下样品的磨损面上的磨屑主要为SiC粉末填料和碳纤维碎屑，这