摩擦的影響因素

1.溫度的作用

有人在20℃以下和低溫(-40℃)條件下,，曾經(jīng)測定聚乙烯,、聚甲基丙烯酸甲酯,、聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)隨溫度的變化曲線,。分析認(rèn)為,，除了聚四氟乙烯外,，在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi),，其他幾種純高分子材料的摩擦系數(shù)都隨溫度升高而增大,，但不呈線性關(guān)系,。需要指出，s/Pm(s為剪切強(qiáng)度,，Pm為屈服極限)的比值隨溫度變化的規(guī)律與摩擦系數(shù)一致,，但數(shù)值卻不相等。其中,，聚四氟乙烯的這兩個(gè)值隨溫度下降而逐漸增大,。表5-4給出了幾類摩擦副的摩擦系數(shù)隨溫度變化的情況，可以看出,，溫度對摩擦系數(shù)的影響,，并不大，這與金屬的特性一致,。溫度超過80℃以后,，聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的表面太軟，測定結(jié)果無意義了,。

2.載荷的作用

一般認(rèn)為,，在重載下，高分子材料的接觸界面上會(huì)產(chǎn)生塑性流動(dòng),，遵循金屬的摩擦定律,，即接觸的實(shí)際面積與作用載荷的大小成正比。當(dāng)載荷降低時(shí)，接觸變?yōu)?/span>黏彈性狀態(tài),，摩擦機(jī)理也隨之發(fā)生變化,。一般來說，重載下高分子材料的摩擦系數(shù)恒定,，而當(dāng)載荷降低時(shí)摩擦系數(shù)增大,。在相當(dāng)寬的載荷范圍內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，高分子材料的摩擦系數(shù)隨載荷的增大而緩慢下降,，大致成比例,。

不同載荷下酚醛樹脂摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)見表5-5。但只能用這些數(shù)值分析變化規(guī)律,，得出定性概念,，因?yàn)檫@些數(shù)值都太小，與其他資料所列的數(shù)值相差甚遠(yuǎn),，難以體現(xiàn)酚醛樹脂的典型摩擦性質(zhì)(多數(shù)情況下,，酚醛樹脂在干摩擦時(shí)的摩擦系數(shù)要高于0.1)。

3.速率的作用

在室溫條件下,，中,、低速率范圍內(nèi)，高分子材料的摩擦系數(shù)隨滑動(dòng)速率的增加而增大,，達(dá)到一個(gè)最大值,。在高速下，摩擦系數(shù)隨速率的增加而降低,。大多數(shù)高分子材料具有低強(qiáng)度,、低熔點(diǎn)、低導(dǎo)熱率的性質(zhì),。顯然,，在摩擦熱可以忽略的低滑動(dòng)速率下，可以用金屬摩擦過程的黏著機(jī)理圓滿地解釋其摩擦特性,。但是在滑動(dòng)速率很高的情況下,，特別是當(dāng)還有重載荷時(shí)，接觸區(qū)產(chǎn)生的強(qiáng)摩擦熱對其摩擦特性起決定性的影響,。這時(shí),，界面層將軟化甚至熔融“焊合”,摩擦系數(shù)都將隨滑動(dòng)速率的升高而降低。關(guān)于這種趨勢的解釋是,，在高速高負(fù)荷下,，高分子材料在高溫時(shí)分解可提供一些氣體潤滑劑。例如PA66的熔點(diǎn)約為265℃,它的摩擦系數(shù)隨滑動(dòng)速率的增大不斷減小,，并且在相當(dāng)高的速率下也不會(huì)增大,。

4.表面潤滑的作用

以上論述高分子材料的干摩擦機(jī)理時(shí),，只討論了理想狀態(tài)，即高分子材料表面與金屬表面都是純凈的表面,，即表面結(jié)構(gòu)與整體一樣,。但在工程實(shí)際中通常不存在這種理想的狀態(tài),。高分子材料表面很容易存在成型過程中添加的增塑劑,、潤滑劑、脫模劑與抗靜電劑等,，形成表面膜,；高分子材料極易受到油污與塵埃的污染；高分子材料表面可以吸附水分子,；高分子材料表面在溫度、應(yīng)力,、水、氧,、輻射等影響下會(huì)降解或分解,，產(chǎn)生低分子量產(chǎn)物等,。上述三方面都可能使高分子材料產(chǎn)生一定的潤滑作用的表面膜,。

5.黏彈性的作用

高分子材料的結(jié)構(gòu)決定了其在受到外力作用時(shí)，既表現(xiàn)出彈性形變的性質(zhì)又表現(xiàn)出黏性形變的性質(zhì),，即所謂黏彈性,，它是高分子材料力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要特征。分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量的差異,，都會(huì)對高分子材料的黏彈性特征產(chǎn)生顯著的影響，并改變其摩擦學(xué)特性。

高分子材料的黏彈性對摩擦性能的影響機(jī)理為，隨著滑動(dòng)表面的接觸與分離,，在滑動(dòng)接觸點(diǎn)附近材料的受力變形將產(chǎn)生剪切,、蠕變,、松弛和回復(fù)這些復(fù)雜的力學(xué)效應(yīng)，并引起阻尼損失(內(nèi)耗),。摩擦阻力就是這種阻尼損失的一部分,。高分子材料的黏彈性特征還會(huì)隨溫度和外力作用速率的快慢而變化，并導(dǎo)致材料的摩擦系數(shù)隨著載荷,、速率和溫度的改變在一個(gè)較大范圍內(nèi)變化,。

 另外，如高分子材料的表面取向,、表面粗糙度,、分子量、結(jié)晶度等因素也會(huì)使摩擦行為產(chǎn)生影響,。

磨損的影響因素

磨損相對于摩擦來說是一個(gè)更為復(fù)雜的現(xiàn)象,，其影響因素很多，凡是影響摩擦特性的因素,，對磨損也有一定的影響,。通常這些因素包括摩擦副材料,、載荷,、滑動(dòng)速率、溫度,、運(yùn)動(dòng)情況,、表面粗糙度等。但是,，具有低的摩擦系數(shù)的高分子材料的磨損率并不一定較小,，具有高的摩擦系數(shù)其磨損也未必就大。比如純聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)特別小,，耐磨性卻很差,，而尼龍的摩擦系數(shù)雖然高，但耐磨性卻比較好,，因此,，磨損呈現(xiàn)紛繁復(fù)雜的關(guān)系，其規(guī)律性至今仍值得仔細(xì)探討,。

早期人們通過將高分子材料與鋼對摩,，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律。

(1)磨損與所承受的載荷成正比,。

(2)磨損隨著滑動(dòng)速率的增大而增加,。

(3)磨損隨著溫度的升高而增加。

(4)有潤滑時(shí)磨損小,，即潤滑狀態(tài)改善后磨損降低,。即便只是使高分子材料含油,，也可以使其磨損顯著降低。例如低密度聚乙烯中含硅油5%或10%時(shí),，可以使磨損率降低一個(gè)數(shù)量級,。

(5)對摩面的粗糙度越小，磨損也降低(圖5-2),。

(6)同種對摩材料,，硬度大者磨損小,，硬度小者磨損大,。

(7)對摩材料的類型對磨損影響很大,。通常說“什么材料耐磨”,這些論斷并不確切的。應(yīng)當(dāng)說什么材料與什么材料匹配,、在什么狀況、什么工況下耐磨才準(zhǔn)確,。一般來說，同種材料對摩時(shí)磨損大于異類材料。聚乙烯在聚乙烯上滑動(dòng),，盡管摩擦力增大不到兩倍，但磨損卻很大,。干摩擦時(shí),，超高分子量聚乙烯在相同材料上滑動(dòng)，其磨損程度比在不銹鋼上的約高3個(gè)數(shù)量級。又比如聚四氟乙烯,，對摩面同是金屬，但卻因金屬品種不同,，使聚四氟乙烯也表現(xiàn)出不同的耐磨性能,，而且差別極大,。表5-6為聚四氟乙烯與不同金屬對摩的相對磨耗,。

其他因素如高分子材料的分子量,、結(jié)晶度等的提高可以使磨損下降。然而,，磨損形式對高分子材料的磨損行為影響很大,，如文獻(xiàn)報(bào)道超高分子量聚乙烯具有優(yōu)良的抗沙漿沖蝕磨損性能。超高分子量聚乙烯的砂漿磨耗指數(shù)居常見高分子材料,，比碳鋼,、黃銅還耐磨數(shù)倍。圖5-3表示在沙漿磨損法測試下,，超高分子量聚乙烯的磨損性能與其他材料的磨損性能的比較結(jié)果,。試驗(yàn)條件為：沙漿由2份水、3份沙組成,；試件的轉(zhuǎn)速為900r/min;運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為7h,。