M-200A 塑料滑動摩擦磨損試驗機GB3960

塑料滑動摩擦磨損試驗機GB3960主要參數(shù)：

1.試樣尺寸：30mm×7mm×6mm；

2.轉(zhuǎn)動速度：200轉(zhuǎn)/分；（可定制10轉(zhuǎn)/分-400轉(zhuǎn)/分）

3.負   荷：20kg（196N）≤1%；(可根據(jù)特殊材料定制不同負荷)

4.摩擦環(huán)尺寸：￠40×10mm ，倒角0.5×45°，外圓表面與內(nèi)圓同心度偏差小于0.01；型號：M-200A

5.摩擦環(huán)材質(zhì)：45號鋼,淬火,熱處理HRC40-45,外圓表面光潔度▼8；

6.摩擦力矩：0--4N·m；

7.速度精度：≤1%；

8.摩擦力矩精度：≤1%；

9.傳感器測量精度：≤1% FS；

10.尺寸：長400mm*寬500mm*高350mm；

11.重量：約50kg；

12.型號：M-200A

一、聚合物材料的摩擦學(xué)

    聚合物材料的摩擦、磨損與潤滑特性不但在工程實踐中是重要的，而且在科學(xué)研究上也是有價值的。在工程實踐中，理想的摩擦副具有低摩擦、耐磨而又無需潤滑、不爬行、不出現(xiàn)震蕩、無聲及造價低廉等特點。理論分析與工程實踐都證明，塑料一金屬配對是比較理想的摩擦副。

二、聚合物磨損的分類

    磨損是摩擦產(chǎn)生的必然結(jié)果，有摩擦就一定會導(dǎo)致磨損。磨損是一個廣泛的領(lǐng)域，可以說每一種磨損都有幾種性質(zhì)不同、互不相關(guān)的機理存在。聚合物的磨損有多種形式，按不同的機理和條件主要可以分為四種類型，即:粘著磨損(adhesive wear;磨粒磨損(abrasive wear;疲勞磨損(fatigue wear)及摩擦中的化學(xué)反應(yīng)(tribo-chemical reaction)等。在實際摩擦磨損過程中，幾種磨損機理會同時發(fā)生，至于那一種磨損機理起主要作用是由聚合物自身的性質(zhì)決定的。磨粒磨損中對偶面的粗糙度對磨損大小起決定性作用;接觸疲勞磨損是在循環(huán)應(yīng)力作用下表面疲勞裂紋萌生和擴展的結(jié)果，是一種普遍的磨損形式。此外，斷裂能(G或J)決定裂紋的形成和磨損強度，其依賴于聚合物的延展性，直接影響聚合物的磨損;嚴重的摩擦化學(xué)磨損涉及到活性粒子的產(chǎn)生:如自由基，電子等。對于聚合物轉(zhuǎn)移膜，表面極性及表面能決定膜的轉(zhuǎn)移;對于在周期載荷作用下的疲勞磨損，斷裂能是決定材料是否抗疲勞的主要因素;并且熱塑性、彈性體及復(fù)合材料等材料磨損機理各不相同;而且大多數(shù)的磨損機理最終會導(dǎo)致聚合物的疲勞磨損。

三、粘著磨損

    塑料滑動摩擦磨損試驗機GB3960作用在固體接觸表面間的粘著是摩擦學(xué)領(lǐng)域中的一項重要內(nèi)容。具體說，它對滑動摩擦、磨損以及潤滑等起著很重要的作用。粘著磨損是在正常載荷的作用下，由于粘著力的形成而使聚合物轉(zhuǎn)移到對偶面的現(xiàn)象。宏觀光滑的表面，從微觀尺度看總是粗糙不平的。當兩個表面接觸時，接觸的只是表面上的一些較高微突點。它們承受著整個載荷，以致使許多微突點發(fā)生塑性變形，并更緊密地接觸。在這種條件下，這些緊密接觸的微突點表面原子間將發(fā)生相互作用，使兩個表面微突點粘著、焊合。進一步的滑動使一些粘著點破壞，這樣聚合物就會轉(zhuǎn)移到其對偶面一金屬或聚合物上。通過以上分析可知:緊密接觸、塑性變形以及摩擦熱的形成都會使兩物質(zhì)間產(chǎn)生粘著。

    粘著磨損中，真實接觸面積與表觀接觸面積相比是非常小的。真實接觸面積約為表觀接觸面積的千分之一，而粘著磨損的磨損質(zhì)量損失與真實接觸面積成正比。

    對于聚合物一聚合物的滑動組，粘著磨損是最重要的磨損機理。如果表面粗糙度低于某一特定值，粘著也會發(fā)生在聚合物一金屬之間。對于一個光滑表面，很難區(qū)分粘著磨損與疲勞磨損。粘著強烈地依賴于表面界面特性。例如:表面形貌、表面能、界面剪切強度及表面吸附層等。在這些特性中表面能又起決定性作用。轉(zhuǎn)移膜的形成依賴于對偶面的表面能，通常是從低表面能的一面轉(zhuǎn)移到高表面能的一面。應(yīng)該指出，分子形貌決定轉(zhuǎn)移層厚度及轉(zhuǎn)移的程度。光滑的分子，如高密度聚乙烯(HDPE，將在對偶面形成一層薄的、高度取向的轉(zhuǎn)移膜，因此表現(xiàn)為粘著磨損率較低。另外，高度交聯(lián)的材料不易在對偶面形成轉(zhuǎn)移膜，這說明交聯(lián)聚合物具有高的抗粘著磨損特性

四、磨粒磨損

    磨粒磨損在工業(yè)中存在非常廣泛。據(jù)估計，工業(yè)中發(fā)生的磨損約50%是屬于磨粒磨損。磨粒磨損是由于對偶表面的粗糙不平(兩組分磨粒磨損)或磨粒夾在摩擦面之間(三組分磨粒磨損)或兩種情況同時發(fā)生從而使摩擦面主要因為切削而引起磨損脫落的現(xiàn)象。磨粒磨損表面通常有多方向的劃痕產(chǎn)生。如果兩個接觸面中，一個面比另一個面硬一些，那么在滑動時硬表面上的硬凸體就會在軟表面上劃出溝痕。由于這種溝痕很像農(nóng)用犁在田地上犁出的溝，故稱犁溝，這種現(xiàn)象稱為犁溝效應(yīng)。

    磨粒磨損主要是犁溝和微觀切削作用，聚合物硬度與大部分金屬材料相比是比較低的，目前最硬的聚合物其硬度也不及低碳鋼。因此，聚合物對于硬質(zhì)點的切削或刻槽現(xiàn)象極其敏感。尤其是當硬質(zhì)點有尖銳棱角時，磨粒磨損更為嚴重。摩擦副接觸面的形成和分開過程伴隨著微突體的刺入和拔出，在這一微觀區(qū)域形成材料的粘著。一般來說容易產(chǎn)生彈性形變和各向異性的材料具有較高的摩擦系數(shù)。因此，在塑料和橡膠的摩擦學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)密度、球晶尺寸和分子鏈結(jié)構(gòu)都會影響摩擦系數(shù)。同時，聚合物材料的粘彈性還受溫度的影響。摩擦速率、載荷、表面形貌及粗糙度都會通過對界面粘接的影響而作用于摩擦系數(shù)

    產(chǎn)生磨粒磨損的硬顆粒的大小對聚合物的磨粒磨損有很大影響，磨粒顆粒越大，在相同的通過次數(shù)下，從聚合物表面移走的材料越多，磨損越嚴重。且在初始磨損階段，磨損率較高，因為此時磨粒尖銳且沒有受到破壞，隨著磨損的進行，磨粒受到破壞，磨損率降低。

    當然，聚合物的磨粒磨損還與聚合物本身性質(zhì)有關(guān)。對于脆性聚合物，可用一個簡單的公式來確定磨損體積

      Vw=kld tang /TCH(1一1)

式中，e表示微凸體的底角，Vw為磨損體積，k為常數(shù)，Z為載荷八偽滑動距離，H為硬度?？梢姡p量與tang成正比，與硬度成反比。

    許多研究者牙民道了決定聚合物磨粒磨損的重要參數(shù)一斷裂能。如果用s表示聚合物材料的拉伸強度，用6表示聚合物斷裂前的延伸率，那么參數(shù) (  S'} (}將是一個和斷裂能有關(guān)的量。近似的說，參數(shù)(S'} (}越大，意味著斷裂能越大。則在相同粗糙度對偶面的條件下，材料抗磨粒磨損的性能越好。

五、疲勞磨損

    疲勞磨損是在循環(huán)載荷的作用下，非明顯的磨損在粗糙表面積累，致使發(fā)生明顯的磨損現(xiàn)象:在較軟的材料表面形成磨損微粒并脫離下來。疲勞磨損在相當一段時間的滑動(或滾動)后才能產(chǎn)生。若表面相對粗糙度較大，磨粒磨損和粘著磨損較嚴重，材料表面沒有時間導(dǎo)致疲勞并產(chǎn)生疲勞磨損[[46]。疲勞磨損較溫和，其破壞性通常低于磨粒磨損與粘著磨損，一般在滾動條件下形成。在滑動條件下，疲勞磨損常與磨粒磨損和粘著磨損同時發(fā)生。疲勞磨損的重要性最早由蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，Kvaghels場將此進一步延伸，推導(dǎo)了一些疲勞磨損公式。

    盡管疲勞磨損通常發(fā)生在聚合物表面，但它在某種程度上受材料體積疲勞磨損特性的影響，疲勞包括裂紋的形成及延伸，因此，它是一個斷裂的過程。裂紋的擴展(生長)率與斷裂硬度(Kc成反比。因此，一種具有高斷裂硬度的聚合物，在磨損的過程中具有較長的疲勞周期，更加耐疲勞磨損。斷裂能在抗疲勞磨損中的重要性在Eiss和Potter[4g]的工作中進一步得到證實。他們的數(shù)據(jù)表明:填加15%的聚硅氧烷彈性體，使疲勞磨損率從600}m2/K下降到90}m2/K,然而彈性模量只有少量的下降，從1.11下降到0.92GPa。耐磨性不僅與彈性模量有關(guān)，而且與斷裂能有關(guān)。

六、化學(xué)磨損

    化學(xué)磨損是指由于接觸表面與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)作用而引起的磨損。當接觸面與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，其產(chǎn)物會脫離表面，使材料產(chǎn)生損失?；瘜W(xué)反應(yīng)能否進行與摩擦過程產(chǎn)生的能量有關(guān)。雖然塑料都具有強的抗腐蝕能力，不為化學(xué)藥品所侵蝕，但當一些化學(xué)藥品、溶劑等進入摩擦界面，在應(yīng)力反復(fù)作用下，又有熱、氧等環(huán)境因素，是能夠產(chǎn)生磨損的。在摩擦過程中，表面上真實接觸區(qū)域可以產(chǎn)生高溫，同時可能產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力與變形，在這些熱點能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而加快了磨損速度。

    綜上所述，聚合物材料的摩擦磨損機理錯綜復(fù)雜，不僅材料本身分子結(jié)構(gòu)、機械性能、熱性能、化學(xué)性能讓材料具有不同的摩擦磨損性能，而且工況條件如負載、轉(zhuǎn)速、表面粗糙度、環(huán)境溫度、濕度會影響材料的摩擦磨損機理，并且由于各種復(fù)合材料的大量開發(fā)和使用，人們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的組成、相界面的粘結(jié)度、相和相之間的相溶性都有可能改變材料的摩擦磨損特性。隨著掃描電子顯微鏡(SEM、X射線光電子能譜(XPS>、透射電鏡(TEM、原子力顯微鏡(AFM)等*儀器的出現(xiàn)。人們對微觀世界的了解有了更強有力的手段，對材料的摩擦磨損機理的研究也將越來越深入，但對摩擦磨損機理的探索仍將是一個長期的過程。