使用塑料滑动摩擦磨损试验机实验案例

1. 实验目的

（1）了解塑料摩擦、磨损的概念及表征方法。

（2）采用磨损实验机，测定塑料的滑动摩擦、磨损性能，主要测定磨损量及摩擦因素。

2. 实验原理

工程塑料常用来制造各种机械的减摩耐磨零件，在设计各种零件之前，必须选择合适的材料，对工程塑料的摩擦与磨损性能必须有所了解。因此，测试工程塑料的摩擦、磨损性能十分重要。摩擦性能主要是指材料的摩擦因素。磨损性能主要是指摩擦过程中，材料的表面不断损失的性能。

摩擦磨损定义

（1）摩擦：两物体接触表面间产生阻碍切向相对移动的现象称为摩擦。

（2）滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度时之摩擦。

（3）摩擦力：两物体摩擦时相对移动的阻力。

（4）摩擦系数：阻碍两物体相对运动的摩擦力对作用到物体表面的法向力之比。

（5）磨损：物体相对运动时相互接触表面的物质不断损失或产生残余变形称为磨损。

3. 实验设备和材料

（1）塑料试样尺寸

试样尺寸见图2－58。

                            图2－58 塑料试样尺寸

（2）试样要求：试样表面平整，无气泡、裂纹、分层、明显杂质和加工损伤等缺陷。每组试样不少于3个。

（3）试验设备：推荐采用中航时代M－200型摩擦磨损试验机。

1）传动系统，用来带动圆环以给定的转速旋转，精确到5%以内，并要求圆环安装部位轴的径向跳动小于0.01毫米。

2）加载系统，对试样和圆环，可施加法向力，精确到5%以内。

3）测定和记录摩擦力矩系统，精确到5%以内。

4）记录圆环转数的计数器或记时器，精确到1%以内。

5）试样夹具结构和尺寸见图2－59，并附配垫圈 GB 848－76，沉头螺钉M₃ X 0.35长10毫米。要保证试样安置后无轴向窜动。

图2－59 试样夹具结构和尺寸

6）本试验中圆环的材质对塑料磨损试验结果影响很大，因此本标准采用的圆环，其外形尺寸见图2－60。材料为45号钢，圆环要求整体淬火，热处理HRC 40～45，外圆表面光洁度 ▽8，倒角处均为0. 5× 45^o，外圆表面与内圆同心度偏差小于0.01。

图2－60 圆环外形尺寸

   圆环可以反复使用，每次试验后，需重新磨削。当外径小于36毫米就不能再用。作仲裁试脸时必须用φ40毫米的圆环。

注：圆环材质也可按产品标准另定。

（4） 状态调节

   状态调节按GB 2918－82《塑料试样状态调节和试验的标准环境》进行，温度为23±5℃，湿度为50±10%。

（5）试验条件

  试验中上转轴保持静止，下转轴以200转/分转动，摩擦副做滑动摩擦，对磨2小时，负荷20公斤，根据材料，允许选择其他负荷。试验环境温度为23±5℃。

4. 实验步骤

（1）圆环应清除油污，贮存于干燥缸内以防生锈。

（2）试样经状态调节后用感量为0.1毫克的分析天平称取其质量 (m₁)。

（3）把试样装进夹具，摩擦面用角尺校正并使它与圆环的交线处于试样正中。装好摩擦力矩记录纸，开机校好零点。

（4）再次用乙醇、丙酮等不与塑料起作用的溶剂仔细清除试样和圆环上的油污，此后不准再用手接触试样和圆环的表面。

（5）平稳地加荷至选定的负荷值。

（6）对磨2小时后停机卸负荷，取下试样和圆环，清理试样表面后，用精度不低于0.02毫米的量具测量磨痕宽度，或在试验环境下存放1小时后称取试样质量 (m₂)。

（7）读取摩擦力矩值。

5. 实验数据处理

（1）单个试样的结果计算

1）本标准以磨痕宽度来表征磨损量。测量三点，取平均值，各点之差不得大于1毫米。在需要时，也可用体积磨损表示磨损量。体积磨损V (cm³)可用式 (2－55)计算；

                                        （2－55）

式中；m₁— 试验前试样的质量，克；

    m₂一 试验后试样的质量，克；

   ρ— 试样在23℃时的密度，克/厘米³。

2）摩擦系数μ可用式 (2－56)计算；

                                          (2－56)

式中；M—趋向稳定的摩擦力矩，公斤·厘米；

F— 试验负荷，公斤；

r— 圆环半径，厘米。

结果取二位有效数字。

注：如果摩擦力波动较大，则应算出摩擦系数的最大值和最小值。

（2）一组试验结果计算

计算磨痕宽度或体积磨损及摩擦系数的算术平均值。如要求标准偏差S，可用式 (2－57)计算；

                                        (2－57)

式中； X— 每个试样测定值。

     — 一组试样测定结果的算术平均值。

     N— 测定的试样个数。