干摩擦和水润滑摩擦条件下摩擦系数随磨损时间的变化

一、环氧树脂/聚服复合材料的摩擦磨损

   环氧树脂与聚脉基聚醚C Polyurea混合后形成环氧树脂/聚脉复合材料，其中聚脉的含量为1 Owt.。本节将考察不同试验条件下，纯环氧树脂和环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦磨损性能。

二、摩擦磨损性能

   图4-1和图4-2所示为干摩擦条件下，接触载荷为98N时，环氧树脂及环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦系数和磨损质量损失随磨损时间的变化曲线。可见，在磨损的初始阶段，材料的摩擦系数都随磨损时间的增加而明显增加，大约20分钟后会基本趋于稳定，纯环氧树脂的摩擦系数较高，加入聚脉后，摩擦系数明显降低(图4-1 >。所有材料的磨损质量损失都随磨损时间的延长而增大，纯环氧树脂的磨损质量损失要显著高于环氧树脂/聚脉复合材料的磨损质量损失(图4-2 >。相同的实验条件下，环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦系数和磨损质量损失都比纯环氧树脂的摩擦系数和磨损质量损失低。

   图4-3和图4-4所示为水润滑条件下，接触载荷为98N时，环氧树脂及环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦系数和磨损质量损失随磨损时间的变化曲线。可见，环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦系数明显低于纯环氧树脂的摩擦系数，而且纯环氧树脂的摩擦系数随着磨损时间的延长而逐渐增加，而环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦系数则相对比较稳定(图4-3 >;纯环氧树脂和环氧树脂/聚脉复合材料的磨损质量损失均随磨损时间的增加而迅速增加(图4-4 > 。

   水润滑条件下，环氧树脂及环氧树脂/聚脉复合材料的摩擦系数均比干摩擦时低，但是磨损质量损失却比干摩擦时高，这是由于水的存在起到了润滑和冷却作用，并且在钢轮表面形成水膜，减少了粘着磨损所致。相同的试验条件下，聚脉的加入可显著降低纯环氧树脂的摩擦系数和磨损质量损失，提高了复合材料的耐磨性。

三、磨损表面形貌分析

   图4-5所示为干摩擦条件下，接触载荷为98N，磨损时间为60min时，环氧树脂及环氧树脂/聚脉复合材料的磨损表面形貌的SEM照片。由图4-5 ( a可见，纯环氧树脂磨损表面具有明显的犁沟，表明犁沟磨损和粘着磨损是主要的磨损机制;由图4-5 ( b >可见，环氧树脂/聚脉复合材料的磨损表面有细小的裂纹，表面相对比较平整，表明疲劳磨损是主要的磨损机制。聚脉的加入，提高了环氧树脂/聚脉复合材料的韧性，从而提高了复合材料的耐磨性。

   图4-6所示为干摩擦条件下，接触载荷为98N，磨损时间为60min时，环氧树脂和环氧树脂/聚脉复合材料的磨损表面形貌与断口形貌在高倍下的扫描电镜照片。由图4-6 ( a可见，由于纯环氧树脂较脆，在周期性摩擦力作用下，聚合物发生强烈力降解而产生脆性剥落，使材料的耐磨性能显著下降，磨损表面树脂基体发生微观片状脱落，这与其高载荷下较差的抗磨性相对应。图4-6(b>为环氧树脂/聚脉复合材料经液氮冷冻脆断断口的扫描电镜照片。从电镜照片中可以看到，环氧树脂复合材料中分散相聚脉颗粒的分布比较均匀，而且粒子的形状比较规则，而环氧树脂/聚脉复合材料的磨损表面的扫描电镜照片表明，部分聚脉粒子发生了塑性变形(图4-6 ( c，表明聚脉的加入，提高了韧性，吸收了摩擦剪切能，从而提高了复合材料的耐磨性。从图4-6 (b>和(CJ可以看出环氧树脂/聚脉复合材料中部分颗粒脱落和断裂后形成的孔洞，这与橡胶颗粒的增韧机理一致，由此可见聚脉的加入提高了复合材料的韧性。

四、红外谱图分析

 图4-7所示为干摩擦条件下，接触载荷为98N，磨损时间为60min时，环氧树脂/聚脉复合材料的磨损前的碎屑及磨屑的FT-IR谱图。可见，复合材料的红外谱图相当复杂，与磨损前相比，磨损后C-H键和C-O键的吸收峰明显增强，表明在干摩擦过程中，环氧树脂表面己被氧化。

 聚脉是通过缩聚反应合成的，当溶解在某种溶剂时，一定量的聚脉会解聚而产生聚合，形成一个平衡的缩聚反应。此时，聚脉是溶质，环氧树脂是反应性溶剂。环氧树脂很容易与聚脉解聚时形成的端氨基和其它的氨基反应，聚脉大分子由于该反应而不能聚合，使得平衡发生移动，以降低聚脉的分子量。图4-8所示为120 0C下环氧端基和聚脉共聚体的反应方程式，可见，由于聚脉共聚体解聚时形成的端氨基和其它的氨基与环氧端基反应，生成H-O键。

 图4-9所示为纯环氧树脂与环氧树脂/聚脉复合材料磨损前碎屑的FT-IR谱图。可见，与纯环氧树脂相比，环氧树脂/聚脉复合材料中的H-O键的吸收峰明显强于C-O键的吸收峰。这是由于环氧树脂/聚脉复合材料中环氧端基与聚脉反应，生成了更多的H-O键，从而削弱了C-O键特性，增强了H-O键特性，使C-O吸收频率降低，这与图4-8所示的反应方程式的分析结果一致。环氧端基与聚脉的反应使得更多的环氧分子融入分散相中，从而提高了复合材料的耐磨性。