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,。分析認為，除了聚四氟乙烯外,，在這個溫度區(qū)間內,，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，但不呈線性關系,。需要指出,，s/Pm(s為剪切強度，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,，測定結果無意義了。

2.載荷的作用

一般認為,，在重載下，高分子材料的接觸界面上會產生塑性流動,，遵循金屬的摩擦定律,，即接觸的實際面積與作用載荷的大小成正比。當載荷降低時,，接觸變?yōu)?/span>黏彈性狀態(tài),，摩擦機理也隨之發(fā)生變化。一般來說,，重載下高分子材料的摩擦系數(shù)恒定,，而當載荷降低時摩擦系數(shù)增大。在相當寬的載荷范圍內進行的實驗結果證明,，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,，因為這些數(shù)值都太小，與其他資料所列的數(shù)值相差甚遠,，難以體現(xiàn)酚醛樹脂的典型摩擦性質(多數(shù)情況下,，酚醛樹脂在干摩擦時的摩擦系數(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，高分子材料的摩擦系數(shù)隨滑動速率的增加而增大,，達到一個最大值,。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度,、低熔點、低導熱率的性質,。顯然,，在摩擦熱可以忽略的低滑動速率下，可以用金屬摩擦過程的黏著機理圓滿地解釋其摩擦特性,。但是在滑動速率很高的情況下,，特別是當還有重載荷時，接觸區(qū)產生的強摩擦熱對其摩擦特性起決定性的影響,。這時,，界面層將軟化甚至熔融“焊合”,摩擦系數(shù)都將隨滑動速率的升高而降低。關于這種趨勢的解釋是,，在高速高負荷下,，高分子材料在高溫時分解可提供一些氣體潤滑劑。例如PA66的熔點約為265℃,它的摩擦系數(shù)隨滑動速率的增大不斷減小,，并且在相當高的速率下也不會增大,。

4.表面潤滑的作用

以上論述高分子材料的干摩擦機理時，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,，即表面結構與整體一樣。但在工程實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,、應力,、水、氧,、輻射等影響下會降解或分解,，產生低分子量產物等。上述三方面都可能使高分子材料產生一定的潤滑作用的表面膜,。

5.黏彈性的作用

高分子材料的結構決定了其在受到外力作用時,，既表現(xiàn)出彈性形變的性質又表現(xiàn)出黏性形變的性質，即所謂黏彈性,，它是高分子材料力學性質的一個重要特征,。分子結構和相對分子質量的差異，都會對高分子材料的黏彈性特征產生顯著的影響,，并改變其摩擦學特性,。

高分子材料的黏彈性對摩擦性能的影響機理為，隨著滑動表面的接觸與分離,，在滑動接觸點附近材料的受力變形將產生剪切,、蠕變、松弛和回復這些復雜的力學效應,，并引起阻尼損失(內耗),。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隨溫度和外力作用速率的快慢而變化,，并導致材料的摩擦系數(shù)隨著載荷,、速率和溫度的改變在一個較大范圍內變化。

 另外,，如高分子材料的表面取向,、表面粗糙度、分子量,、結晶度等因素也會使摩擦行為產生影響,。

磨損的影響因素

磨損相對于摩擦來說是一個更為復雜的現(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、滑動速率,、溫度,、運動情況,、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)紛繁復雜的關系，其規(guī)律性至今仍值得仔細探討,。

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,，可以使磨損率降低一個數(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,。應當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確,。一般來說,，同種材料對摩時磨損大于異類材料。聚乙烯在聚乙烯上滑動,，盡管摩擦力增大不到兩倍,，但磨損卻很大。干摩擦時,，超高分子量聚乙烯在相同材料上滑動,，其磨損程度比在不銹鋼上的約高3個數(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，如文獻報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果。試驗條件為：沙漿由2份水,、3份沙組成,；試件的轉速為900r/min;運轉時間為7h。