热塑性复合材料在钢、黄铜和铝表面上的磨损对比研究
热塑性复合材料与钢材的摩擦磨损测试
为深入了解塑料与金属的相互作用，我们开展了受控测试，将热塑性复合材料与AISI 1141冷轧钢对磨。结果令人意外：最光滑的金属表面（8–12 μin）反而导致复合材料磨损最严重，这主要归因于粘着-变形摩擦机制。粗糙度在12–16 μin范围内时，复合材料的磨损系数最低；而50–70 μin的表面则呈现中等磨损值。未增强配方的表现则截然不同。
PTFE润滑的玻璃纤维增强聚碳酸酯是唯一使钢对磨面粗糙度增加的复合材料；所有其他复合材料均将金属表面粗糙度降低多达八分之一，而金属对磨面在所有测试中持续变粗糙。
耐磨行为分析
我们在两个粗糙度等级下，考察了热塑性复合材料与304不锈钢及黄铜对磨面的磨损行为。符合预期的是，将304不锈钢表面粗糙度从8–16 μin提高到50–70 μin，会导致所有复合材料的磨损系数上升。有趣的是，随金属粗糙度增加，摩擦系数反而下降。
磨损系数对比
440不锈钢的磨损系数和摩擦系数普遍高于304。这很可能因为440合金在使用过程中缺乏加工硬化。搭配8–16 μin黄铜表面时，复合材料磨损系数与不锈钢相当；但玻璃纤维或碳纤维增强复合材料与黄铜配对时，黄铜磨损率最高可达不锈钢的80倍。PTFE润滑尼龙6/6及其芳纶纤维增强变体对黄铜表现出极低磨损，但由此产生的表面粗糙度有时是不锈钢对磨面的四倍。
2024铝合金对磨面提供了更窄的公差窗口，持续为复合材料提供可接受的磨损系数。最佳表面处理为12–16 μin，可获得最低磨损。
PTFE润滑复合材料的表现
PTFE润滑的未增强尼龙6/6及其芳纶纤维增强型，在所有铝配对中实现了最低磨损率。尽管如此，复合材料对铝的磨损系数仍高于对钢、不锈钢或黄铜的数值。除两种PTFE润滑配方外，所有热塑性复合材料在磷青铜对磨面上均遭受过度磨损。
含氟聚合物基复合材料的磨损行为
填充无机添加剂（石墨粉、焦粉、短切玻璃纤维）的含氟聚合物复合材料，对铝的磨损高于对钢。反之，协同添加青铜和MoS₂的PTFE复合材料，在铝上的磨损低于在钢上。有机填料（PPS、聚氧苯甲酸酯、芳香族增强聚合物ARP）填充的PTFE复合材料，在两种金属上表现出相当的磨损和表面粗糙度。所有含氟聚合物变体在铝上的摩擦系数均高于在钢上。
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