您好,欢迎来到九壹网。
搜索
您的当前位置:首页碳纤维织物增强树脂基摩擦材料摩擦学性能研究

碳纤维织物增强树脂基摩擦材料摩擦学性能研究

来源:九壹网
财 文章编号:1001—9731(2017)04—04100—05 抖 2017年第4期(48)卷 碳纤维织物增强树脂基摩擦材料摩擦学性能研究 李 辉 ,杜建华 ,王浩旭。,吕莹莹。,杨宏伟 (1.装甲兵工程学院技术保障工程系,北京100072; 2.装甲兵工程学院科研部,北京100072;3.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘 要: 采用2.5D浅交弯联碳纤维整体织物作为预制体,以酚醛树脂为基体,通过热压成型工艺制备了碳纤维 整体织物结构增强树脂基复合材料。通过MST一3001摩擦磨损试验机分别考核了干式与湿式条件下复合材料的 摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、3D激光扫描形貌仪观测了材料的表面形貌。结果表明,干式摩擦条 件下,动摩擦系数波动范围0.12~0.26,随着转速的增加摩擦系数先降低后升高,随着载荷的增加摩擦系数变化 不明显。湿式摩擦条件下,动摩擦系数波动范围0.08~0.13,随着转速和栽荷的增加,摩擦系数降低。在连续摩 擦状态,干式工况条件下动摩擦系数波动较大,湿式工况条件下动摩擦系数非常平稳。干式摩擦状态时,材料的 主要磨损形式为磨粒磨损,而湿式摩擦时主要发生磨粒磨损和疲劳磨损。 关键词: 碳纤维;2.5D织物;摩擦磨损;热压成型;摩擦材料 中图分类号:TB332 文献标识码:A DOI:10~969/I.issn.1()()1 9731.2017.04.017 0 引 言 纤维增强树脂基摩擦材料是继半金属摩擦材 维拔出与断裂。张兆民[{} 等研究了编织密度对树脂基 摩擦材料摩擦学性能的影响,结果表明,编织密度过 料l1]、粉末冶金摩擦材料_2]、碳/碳摩擦材料 ]、陶瓷基 摩擦材料l4 和纸基摩擦材料[5 之后出现的一种新型 高性能摩擦材料。作为摩擦片的主要构成部分,其高 而稳定的摩擦系数、良好的耐磨性、优良的机械性能和 低的摩擦噪音受到了国内外学者的广泛关注。但因基 大,会造成摩擦材料摩擦系数减少,磨损率升高。张建 民ll 等采用溶液浸渍和真空辅助工艺制备了2.5D碳 纤维机织物增强酚醛树脂基摩擦材料,剪切强度达到 262 MPa,弯曲应力达729 MPa。 本文采用2.5D浅交弯联碳纤维整体织物作为预 制体,采用热压成型工艺,制备碳纤维增强酚醛树脂基 摩擦材料。研究了摩擦材料在干式摩擦和油润滑条件 下的摩擦磨损性能和磨损机理,以期为碳纤维整体织 物增强树脂基摩擦材料的研究提供理论依据和参考。 体为有机结构,所以纤维增强树脂基摩擦材料的导热 系数和耐热性能成为其应用范围的重要因素0 。 为此,引入2.5D或三维碳纤维整体织物结构作为树脂 基复合材料的增强预制体。其中,碳纤维具有良好的 导热性能、耐磨性能和机械强度l】 ”]。2.5D织物结构 与叠层2D织物、长纤维、短纤维、针刺碳毡相比有更 1 实 验 1.1 试样制备 采用日本东丽公司生产的PAN基Toray T300 好的整体性[3 。 ;与3D织物结构相比 ],制备工艺简 单,制造成本低。2.5D碳纤维整体织物结构增强树脂 基摩擦材料,有着更高的有序性、紧密性和整体性,既 可作为整体结构提高复合材料的承载能力,同时还能 防止材料在摩擦过程中出现分层开裂现象。 复合材料的成分、成型工艺、织物结构和工况条件 都是整体织物结构增强复合材料摩擦学性能和摩擦磨 3K碳纤维(简称T300)和山东宇世巨化工有限公司的 PF—YSJ一0026E型酚醛树脂。将碳纤维按照2.5D浅交 弯联结构(如图1所示)编织形成预制体,编织经密8 根/cm、纬密4根/cm,编织层数为3层。采用热压成 型工艺,将酚醛树脂与2.5D碳纤维整体织物结构预制 体进行复合,制备碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料。 材料的基本物理性能参数,如表1所示。 加工复合材料的热压成型流程为,将纤维预制体 与树脂胶液一起放入热压腔体,压机压力在1 h内匀 速升至2 MPa,树脂充满模腔,保压20 h至开模。成 损机理研究的热点问题。天津工业大学杨彩云 等将 碳纤维角联锁结构和三向正交结构应用于c/c摩擦 材料的制备,分别获得了0.4O和0.48的稳定摩擦系数 和较低的磨损率,证明了z向纤维有利于提高摩擦系 数并降低磨损率。费杰ll 等采用MoS。改性处理碳布 制备摩擦材料,MoS 的加入有效减少磨损过程中的纤 *型温度在7 h内匀速升至175。C,保温2 h后自然冷却 基金项目:科研资助项目(2O15Yc05) 收到初稿日期:2016-09—10 收到修改稿日期:2016-10—12 通讯作者:李 辉,E mail:lihui881111@126.corn 作者简介:李辉 (1988一),男,河南沁阳人,博士研究生,师承杨宏伟教授,从事纤维增强摩擦材料研究。 竺— :: 型 盟型 ll J! : — ~ 1.2 实验方法 惯 制衙的复合材料J占小物 一 能参数.奠¨丧l ,J 峄擦睽损 佯为07o II)n/_… 。 罔 他JI J、 州华汀:科技仃限公IJ MST3001销蕊式 (1 i 1 011 disk)唯擦孵j_}i试验仪进行 擦縻 性能分 J 掩刚和iJ{=验仪构成的示: 2 r {n1 :昕,J 。对 U H ● 料为05 rI1n1 GCr 钢球 试验转速为 ().750. j(…c)f¨l ()r n1Ir】.旋转半径30 mn1.埘J 的f}f对滑 2 父 动线迷 分圳为1.j7.2.36.3.14和I1.71『11 :试验裁 ,弯¨ 7.5.1 l f『I 1 5 N。十式哮擦试验h接采j+】曙擦材 g 联 日 , ¨儿 “ 料 f f==l{:进{ . 式峰抹试验需将 f、I蕊 1 OW 30 F l ‘机汕rft 泡2 l h。分别测 材料的 撩系数 j J耪j.}! 9 j 士口 L一 r 表1 材料物理性能 示 I、 【l1l L,1 I l1y i(’f【l p ro1)crti c、、()r L 【)1nl ̄osiIc materials 意 纤维 {00— K 目 经管 图 2 密度 g’cn 2 癌 k 树脂含量 Wt 纤维含量 WI M … S C 压缩强度 T /MPa 硬度 IlII之L () 根・L Ill 恨・ l lJj3 g 1 8 82 …1M  48 S 擘 臻_v 萎= 损 战 _  _) 凡 1  .一 k 枣图 ” e r 采川()I S1()()() 3D激比¨椭J 貌仪观察睁撩材 料太 捌 肜貌。采川 … 2()( )的 f描【U r 微镜(SEM)观测材料磨 J Lj 抹J i l f 。 数降低 这址I 为 卡¨对转速较低lI、J‘.随打转述的增 加接触 ¨1 【糙峰啮合 度降低. 擦刷贴合状态较 , 微观形貌.以分析 …[i1f 撩产,¨门热:1 增JJⅡ.使树j】:彳 怵J 高温 软化. 抹『5l【 减小.悸擦系数降低 陋 转速的继续 2结果与讨论 .增J Jl【. 撩J t-的热缱 摩擦衷面干Jl .他坩脂坫体发 形.增JJ【I 撩阻力.摩擦系数升 , 擦曲线 f …州J’fiJJ I枷,J拐点。转速较低时随行栽简的增大. J夸撩刈fll5 接刚…f私{增人.引起 撩 【『I『濉度升高. 忖 做I”1f小 较人的 力F形成敛常的瓴化膜『nf减小 J 擦.J擘捞 系数ij午低。 l为 』 条什F.烽擦系数随拔合转述的变化 『ffl线 … i H丁 . 不同载倚下. 擦系数均随转速 1摩擦学性能 : 为i 化…l线。 擦条什卜. 擦系数随拨 转述l伯 C o o m o t) 的增JJI1 m 降低。这足 于随着转述的增』JII 惟擦产生 的热 他胯擦农 温度丁}高.润滑汕桶 蔓降低.惟擦系 数减小 随符裁 的增』JU,摩擦系数减小。}}1于润滑 C o = o ‘= 汕J ㈨勺{1、 l}fJ 的仃 . 擦系数低j:I:』 擦l 况. Spee ̄/r・min‘ ¨随I:况变化较平缓。 3 干式套,生下孽擦求数隧抟 传遗昀变f匕曲炎 F 3 I I.1tion ̄hiP betw ̄ I1 fric1ior1 COCfficient slidIi】ng speed(dr3,) ct 为I: 连线悻擦时.摩擦系数 _jJ擘撩温度随 } 撩[f1f 0变化f¨1线。由图5可鼻¨.低速(500 r rain) Ilf.j 擦系数随 擦时问的增加 逐渐降低.0.7 h后, 『 撩系数趋J 稳.稳定十().1 5 ;川时悻擦温度 …【戈J 3 r f .随菥转述的坩JJ【I. 抹系数 现ffj 降低』 丁J‘尚的趋势.低转迷时随符城甜的增人.哮擦系 ().7 1] 稳定r 46(一左 材料 的埘脂 体粗 I_lI【】! 助 锨 糙峰 降撩过 If1逐渐做破坏外坝允争 【l【 lt1.形 成较、 滑的丧 .x,j鸺什 接 j碳纤 受触.JiJl:以 撩 系数逐渐降低并j(=I一c 一。一七 ou col1ol 、r稳. .撩,J_l I 热 j悻擦系数成 』I:比.所以峄擦温瞍‘ 班 -j 撩系数 川的变化 势。 Speedlr・rain一’ 图l 湿式 件下 擦系数随接 转进的 f匕曲线 Fig 1 Rela ̄ionship between frk、tion【’【)L、fficit nl an({ sliding speed(wt:1) 0 伸吕;∞ 、『图5 干式连续 擦套绊下呼镲糸故与 趣r逻 ,匕 曲线 Fig 5 Curx,c of c()IlliiItICS frimim1 cocfficicm ̄Llld te r11 1)erat Llr('follow e、(1 wilh slidil1 1imc(dry) I 述(1 5o()r mi11)时. 8h .7学撩系数仃l月1 波动。这 能址…J 高速时1 擦热f! 过多.埘脂 体 变形增大. 撩系数增人.波功则 'j J撩过氍巾 摩擦膜的肜成 j做坏有父。0.8 h .刈’似什 j碳纤维 接触而积增大.哮擦系数 对稳定.II_随行碳 r维受哮 比例的增加.悖擦系数 降低趋势。 6为 连续 撩lll『.f 擦系数1j j 撩 度随 哮撩I时 的变化『I{I线。 U 0 3 ∞ E 0 F- 图6 湿式连续毕擦套件下肇 糸数与 摔温蹙 『匕 曲线 Fig 6 L、UFVe 0f continues frie rion coefficient m1(1 tem— perat LIFe followed with sli ̄ling tin1c(wet) 由 6町 . 油润滑状念_卜 擦系数 擦温 度平稳无波动.转速增大.摩擦濉度丁 . 擦系数减 曹才 抖 1 7 1 jj『J(1 8)巷 小。f 十洲滑汕的冷』 I J 川. 撩濉 较低.绀Ⅲ彳j 小发生 变肜.昕l|1』J 撩波z』|J小_lJJ :州埘滑动述 增』J【1.唯擦产生的热址增多. 撩濉 I , 涧卅汕 度卜降. 擦系数减小。低速(5 c}o∥mil1)II,fnl,J 擦系 数稳定 约为0.1 3:3,怿擦泓俊稳定J I8.5(.f舟述 (1 5O0 F/:arin)时的 抹系数稳定仇I约为0.1 l 7.J 擦 温度稳定于61.8( 2.2摩擦磨损机理 样 损 的太 !维肜祝/』I l昕/J<‘、… 7(a)【I『知.材料 现HJJ 11l!-的 物轮 .i发 物轮 不足碳纤维 物轮嘲 . 址热 } if,fJJI=2 Jl:51 n 撩 材料 树忻f J 的 ¨1f卡儿糙J R一 【1.7l l JⅢ1 绎过j尘皱J 抹 验J. 删 料 l(1 痕形貌 【冬【7(1 )昕,J: j舟 j 处的 m 』0 illl f小 a略损.并刈‘∞∞∞∞ J:苗.1 △∈0_L  似纤维造战r・ 的 (a)磨损前 譬≮汀、 文百哥j Fig 7 Stirf,,tce toI)ograI)l1y of fric ̄ion rD_;tl L、rials 材料 拟 的太lnf微 肜貌 8所爪 从 8『 j‘以石 Jf1, l蔓擦 . 惮 …f『 Ir人 』 J . 的孵粒干}l少} 0纤维断裂.这说【J』J卜』 撩状 卜, 材料土爨发 Ii ‘ 恃抹J :,li的 数{ 远 少j 撩,这址 乃部分 撩过 ft被润 滑油 止.I洚低J 材斗。}n0 fl 撩系数 碳纤维1j 十叶脂 怵之 …观… 坡 /J/ 的裂纹.说IfJJ 式 撩状态的牛 Jf=三』 为 孔lfll坡 j 拟。 』,等:碳 维织物增 十叶H旨 撩材料 擦 :性能研究 Y£lng('aiytI11.I1 Ll ZhenyingF1。i c ti【)11 fill(1 we Ir 1)r()pt rti。 .・ 喊. 傲. .MoS改,P'lc碳布 擦卡于 (1f 3D WO\r11 r inforcc、d L、(’COlntIOSilt、s』 I. .Fhc L、l1incssc . 料的峰拣学 能 I.功能材料. ¨j.1 6(9):09() 《)【j1O1. j'ournM of Nonfcl‘r()tlN M(・ .2()09.1 )(【)1): ()_76畅彩 -^H振英. 维机纵(7/ L、 /、材料的摩擦皤{!l! 能 J_.I… f】 金 、 :制{.2009.1 9(1):70 76. Shi Jianliang.Ptl Y c・Wt:i.I i H( iIlll【・1 l1.ICffc ts()f r』Irh()n fiber con{clll Oil lhe p(、rf(/ri11∈IIIC。of IIL'W Iv ̄-tnoe(1 c( ran1ic Kiw L ri S M.I iw J.Paniei S.A(thesi ̄・c w(.。l r 1)crf(]rm +i T1(、。of t/oly( thc—rimi ch-(,Onl1)OSites with u J|1sf11a t re}llt、【】 (’;i rhon f;I i1c ' .TrIitx/h/gy IⅢcrnfi¨¨Ⅲl1.2【)1I.1 I(7, 8):782 788. }小lke n llerials[_J . J(】c…1fIl ()f rⅢ“t】r als en篮ineeril1 . 2()1 3.3: (2):4 5 1 [12] Zhang TtIf)I .Y Y g.f l 13o.c㈠ij. lm LlIati。I]al ysis l1lI{eXl>C rilIlOlltal l’ t l rc11 of n1 h lnic“l I)r()I>c'rti【J 袍偷庇.f'川 :. .恢 维 It 对新型陶瓷烽镣 Eff c ts ()f T7o0}Ix_;11"ilif(IF(、t、(1 w: lrp knitte(1 fa})Ti ()mI)()sj" 材料 rl 能的影响:J].材料I .2()】:{. { ( ):4 5 49. Foi Jie,Wang H()ngkt1I].t Itl ̄tllg l L、i>g.。1 of c ̄lrboi1 filter lengfth()I1 th( l ril>ologi ̄、fj J properl Jes of t)a [ .Acta M;ltt:riac (、【)1]11)()silae Sin)ca.2()l 3. (j):236 ,{‘ 张湾涛・然瑛,刘 波. .T7oo轴f 增强经编 物复 1)(’r based friction Ill ̄ltt、rials:J . 1、rihologv Inter|1a1ioI1£【1. 2()】1.7‘ .1 79 1 86 合材料,J 、 : t"fiT.的f 拟分忻 试验研究-j .复合¨料 报.2O1:{.3O(j):236—2I 3. 04104 助 锨李才 料 2017年第4期(48)卷 [13] Li Zhuang,Xiao Peng.Preparation and tribological properties of C-fiber reinforced C/SiC dual matrix eom— anmin,Lu Xuefeng,Qian Kun,et a1.Mechani— E15] Zhang Jical property of 2.5D woven carbon fabric phenolic resin posites fabrication by liquid silicon infiltration EJ].Solid State Sciences,2013,16:6-I2. matrix friction material[J].New chemicalmaterials, 2015,43(11):52-55. m S S,Yu H N,Hwang I U,et a1.The sliding fric— [14] Ki张建民,卢雪峰,钱坤,等.新型深交联结构碳纤维机织 tion of hybrid composite journal bearing under various 物酚醛树脂基摩擦材料及其制备方法EJ].化工新型材 料,2015,43(11):52-55. test eonditionsFJ].Tribology Letters,2009,35:211-219. Research of tribolo cal characteristics of resin matrix composites reinforced by woven fabric of carbon fiber LI Hui ,DU Jianhua ,WANG Haoxu ,LYU Yingying。,YANG Hongwei (1.Department of Technique Support Engineering, Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China; 2.Department of Science Research,Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China; 3.Schoo1 of Material Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China) Abstract:The phenolic resin composites reinforced by 2.5D woven fabric of carbon fiber were prepared by hot pressing process.Dry tribological properties and wet tribological properties of the material were evaluated by MS—T3001 friction and wear tester.Superficia1 microstructure of friction material was observed by scanning e— lectron microscope(SEM)and three—dimensionallaser microscope.Results show that under the condition of dry friction,friction coefficient decreased firstly and then increased with the increasing of the relative sliding speed but had no significant changes with the increasing of work load.The fluctuation interval of friction coefficient is 0.12-0.26.Under the condition of wet friction,friction coefficient continuously decreased with the increasing of the relative sliding speed and work load.The fluctuation interval of friction coefficient is O.0 8—0.1 3.Friction co— efficient and friction temperature had considerable fluctuation under the condition of dry friction and keep stable under the condition of wet friction in continuous friction experiment.Abrasive wear is the main form of wear for dry friction,but in wet friction,whose main wear form is abrasive wear and fatigue wear. Key words:carbon fiber;2.5D woven fabric;friction and wear;hot pressing process;friction material (上接第04099页) Photoelectric properties of single phase Cu2 0 thin films prepared by direct current reactive magnetron sputtering WANG Jinxia 。HONG Ruijin 一,ZHANG Tao ,TAO Chunxian ,ZHANG Dawei ' (1.School of Optical—Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China; 2.Ministry of Education Optica1 Instrumentand Systems Engineering Center Shanghai Key Laboraory of Modern Optical System,Shanghai 200093,China) Abstract:Cuprous oxide(Cu2 O)thin films were fabricated by DC reactive magnetron sputtering at room tem— perature.Effects of deposition time on crystal structure,phase composition,surface morphology,resistivity and surface—enhanced Raman scattering properties of the Cu2 O films were characterized by X—ray diffraction (XRD),atomic force microscopy(AFM),four—probe tester and Raman spectroscopy,respectively.The results show that the single—phase transparent conductive Cu2 O film is obtained at the deposition time of 3 and 6 min. The phases of Cu2 O films vary from amorphous to polycrystalline with the preferred orientation in(1 1 1)plane with the deposition time increasing.The surfaces of thin films consist of densely spherical grains and the Root mean square(RMS)roughness increases as the deposition time increasing.The resistivity decreased.With the Rhodamine B(RhB)as the probe molecule,Raman scattered spectrum was detected on the samples.By com— parison of different samples,the results demonstrate the Raman signal was enhanced by surface roughness in— creased. Key words:transparent conductive thin film;cuprous oxide;DC reactive magnetron sputtering;deposition time; resistivity;Raman 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- 91gzw.com 版权所有 湘ICP备2023023988号-2

违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务