结果说明在摩擦块图 2,动态摩擦系数<我nline-formula> μ 作为一个公称压力的函数<我nline-formula> p n 在温度21°C和1毫米/秒的速度。

聚合物都是测试在一个非常大的压力,从几MPa水平远高于他们的屈服应力。正如所料,聚四氟乙烯最低摩擦阻力,而乙烯、宠物,和PVDF展览摩擦值过三倍多比聚四氟乙烯。摩擦系数的UHMWPE中间值。

虽然材料的摩擦系数不同,所有聚合物表现出类似的行为,与摩擦力的变化小于应用负荷成正比,从而减少摩擦系数随着压力的增加。然而,不同于预期根据( 2),摩擦系数和压力之间的关系的特点是两个地区不同的灵敏度:在高负载下,摩擦系数有更快的减少正常负载增加,而在较低的范围和中等载荷摩擦系数变化较为缓慢,甚至维持不变。这两个地区之间的转变发生在一个狭窄的范围的压力似乎是每个聚合物的特点和相关材料硬度(表 1):转变发生在25至35 MPa范围的柔软聚合物(聚四氟乙烯和UHMWPE)和60 MPa以上困难的。

聚合物的摩擦阻力板滑动在光滑的金属表面,像在描述的实验部分 2,可以被视为只有粘合剂的影响的贡献。真正的接触两具尸体通常发生在交配表面微凸体的数量有限的区域,和真正的接触面积<我nline-formula> 一个 r 明显低于或名义接触面积<我nline-formula> 一个 n 之间的表面。当正常负载<我nline-formula> F N 只是代理,每个粗糙可能经历弹性或塑性变形取决于当地的压力较小或大于塑性流动应力(屈服应力)的聚合物,<我nline-formula> σ Y 。

然而,当接触表面滑动,剪切应力有利于每一个粗糙的塑性流动和塑性变形的发生接触表面微凸体的综合效应是由正常的压力<我nline-formula> p = F N / 一个 r 和剪切应力<我nline-formula> τ = F T / 一个 r 根据以下关系: (3) ( F N 一个 r ) 2 + C ⋅ ( F T 一个 r ) 2 = σ Y 2 。 在这里,<我nline-formula> C 是一个本构参数,取决于表面微凸体的材料特性( 18- - - - - - 20.]。由于剪切力的接触点与正常负载摩擦系数,<我nline-formula> μ = F T / F N ,替换成( 3)给出了限制正常负载产生塑性变形的聚合物在滑动连接: (4) F Y ′ = σ Y ⋅ 一个 r 1 + C ⋅ μ 2 。 根据结增长理论( 3),真正的接触面积<我nline-formula> 一个 r 取决于正常负载。

在低价值,<我nline-formula> F N < F Y ′ 表面微凸体的变形弹性和增加负载的影响是增加每个粗糙的弹性变形。正如前面所讨论的,一些调查证实,在这种情况下的依赖<我nline-formula> 一个 r 在<我nline-formula> F N 几乎是成比例的。

作为<我nline-formula> F N 方法<我nline-formula> F Y ′ 表面微凸体开始变形,可塑性;进一步增加正常负载会产生一个压扁变形表面微凸体的新表面微凸体接触,和真正的接触面积<我nline-formula> 一个 r 再次增加比例<我nline-formula> F N 。

最后一次真正的接触面积等于名义接触面积<我nline-formula> 一个 n 合作伙伴之间的表面,这发生在正常负载的特征值 (5) F Y = σ Y ⋅ 一个 n 1 + C ⋅ μ 2 , 一个 r 变得稳定,进一步增加<我nline-formula> F N 不会产生任何的增加<我nline-formula> 一个 r 。

真正的接触面积之间的关系<我nline-formula> 一个 r 和正常负载可以因此被描述为 (6) 一个 r = { k ⋅ ( F N ) 米 , 为 F N < F Y , 一个 n , 为 F N ≥ F Y , 的指数项<我nline-formula> 米 接近团结。

根据( 1),摩擦力<我nline-formula> F T 在滑动是由产品的开发<我nline-formula> 一个 r 和<我nline-formula> τ 年代 ,在那里<我nline-formula> τ 年代 是最低的大部分抗剪强度之间的聚合物和界面的粘合强度。对聚合物的优点都是一般相同的数量级,和剪切可以共存的两种机制不同的连接在同一聚合物/金属对。

因为大部分聚合物的剪切强度与压力成正比( 21),而界面粘合强度预计将独立于正常负载( 3),如果用最通常的方式连接的平均抗剪强度,<我nline-formula> τ 年代 ,可以认为是真正的接触压力根据相关法律 (7) τ 年代 = τ 0 ⋅ ( F N 一个 r ) n , 在哪里<我nline-formula> n 接近团结如果剪切聚合物内盛行和接近于零的弱胶部队的接口。

然后根据(重新安排摩擦系数的定义 1),( 6)和( 7)和替换<我nline-formula> F N 的公称压力<我nline-formula> p n = F N / 一个 n ,你会发现以下关系: (8) μ = { k 1 ( p n ) α , 为 p n < p Y , k 2 ( p n ) β , 为 p n ≥ p Y 。 在这里,<我nline-formula> p Y = σ Y / 1 + C · ( μ P Y ) 2 过渡的压力(在哪里<我nline-formula> μ P Y 是相应的值的动态摩擦系数),<我talic> α和<我talic> β两个参数依赖于聚合物的大部分性能(弹性模量和抗剪强度)和聚合物的粘附力与交配表面,然后呢<我nline-formula> k 1 和<我nline-formula> k 2 是两个参数占两个表面的表面微凸体的几何形状。摩擦系数是明确与公称压力有关<我nline-formula> p n ,而不是正常的负载<我nline-formula> F N ,占聚合物板的塑性变形和下面的增加<我nline-formula> 一个 n 在高负载正常。

分岔的表达( 8)允许两个截然不同的地区的依赖在接触压力、摩擦系数取决于<我nline-formula> p n 高于或低于塑料流压力<我nline-formula> p Y ,勾勒出图 3。为<我nline-formula> p n < p Y ,真正的接触面积增加而增加的压力;为<我nline-formula> p n ≥ p Y ,真正的接触面积和名义区域一致;中间地区的实际接触面积的方法名义面积的方式取决于表面的几何特征和交配材料的弹性模量。

模型具有广泛的通用性如果无量纲变量是介绍: (9) p ̅ = p n p Y , μ ̅ = μ μ P Y , 在哪里<我nline-formula> μ P Y 动态摩擦系数的值是在过渡压力<我nline-formula> p n = p Y 。

对新变量<我nline-formula> p ̅ 和<我nline-formula> μ ̅ ,( 8)的简单表达式 (10) μ ̅ = { 1 p ̅ α , 为 p ̅ < 1 , 1 p ̅ β , 为 p ̅ ≥ 1 , 依赖的表面微凸体的几何参数表达的吗<我nline-formula> k 1 和<我nline-formula> k 2 正式排除的标准化过程。

模型的一致性与实际行为的自润滑聚合物是由曲线拟合评估规范化与压块的摩擦材料测试部分 2( 10)。曲线拟合如图 4并给出估计的参数值表 2。之间的均方根误差(均方根)实验数据和模型计算了每个材料和报告有关情节人物 4。

实验数据和曲线拟合之间的协议是令人满意的聚合物,不等的均方根误差最小为0.005对UHMWPE最多0.015尼龙6。最大的偏差值发生在最低的<我nline-formula> p ̅ ;然而,这种差距会导致更大的信噪比小的测量摩擦力在低压力而不是模型的精度较低。随着压力水平的增加,实验和模型数据点之间的偏差就可以忽略不计,相对偏差低于1%。模型的精度几乎是相当于这两个地区的不同敏感性的摩擦力与压力的情节。

不同的热塑性塑料,选择最受欢迎的自润滑聚合物用于当前轴承技术、摩擦系数进行了测试和测量在正常负载的扩展范围。有关摩擦块所有材料与压力,尽管在不同级别和以不同的摩擦值,显示一个类似的行为与陡峭的坡度的变化超出转换每个材料的典型值。

本构定律因此发达代表这一特定行为的背景从粘着摩擦理论,引入两个主要概念: (1)

真实接触面积的增长,由于表面微凸体的弹性或塑性变形,发生的公称压力低于阈值,对应于整个聚合物表面的塑性变形;

灵敏度较低的摩擦系数在正常负载较低和中等水平的压力解释为影响增长的实际接触面积的表面微凸体的弹塑性变形,这是近负荷成正比。减少摩擦的速度发生在高水平的压力,大于聚合物的塑性流动应力<我nline-formula> p Y 现在,是合理的假设接触发生在整个聚合物表面。

模型显示了一个更广泛的普遍性时表示,像( 10),用无量纲变量( 9),允许合理化不同聚合物的摩擦特性在一个框架。

虽然在它的形式非常简单,模型适合不同聚合物的实验数据,以不同的摩擦系数,在一个广泛的<我nline-formula> p / p Y 值(从0.025到2.0),涵盖各种材料特性和摩擦行为。

每个材料的属性所描述的四个本构模型中的参数,<我nline-formula> p Y ,<我nline-formula> μ P Y ,<我nline-formula> α ,<我nline-formula> β 。可以被附加到每个参数物理解释。

的坐标的两个区域之间的过渡点<我nline-formula> μ ̅ - - - - - - p ̅ 情节具有不同斜率的大部分属性相关聚合物:<我nline-formula> p Y 的塑性流动应力的存在是由于滑动剪切应力,然后呢<我nline-formula> μ P Y 摩擦系数的相应价值。这些参数与屈服应力有关<我nline-formula> σ Y 和参数<我nline-formula> C 根据<我nline-formula> p Y = σ Y / 1 + C · ( μ P Y ) 2 。

比较的值<我nline-formula> p Y 从曲线拟合(表确定 2)和测试材料的硬度值(表 1)表明,估计塑性流动压力硬度数成正比<我nline-formula> H 聚合物本身,始终与著名的屈服应力之间的比例<我nline-formula> σ Y 和<我nline-formula> H ( 21]。

的功率系数<我talic> α在( 10)占实际接触面积的增长与正常负载由于表面微凸体的变形。的值<我talic> α在0.05和0.15之间各种聚合物,测定符合理论模型假设的基础上多个表面微凸体接触( 3, 13, 15),需要<我talic> α接近团结。

的功率系数<我talic> β在( 10)与抗剪强度的变化与负载连接:值低,接近于零,表示抗剪强度与载荷成正比,剪切特性的一个主要机制发生在大量的聚合物,而值<我talic> β接近统一对应于恒定的剪切强度和界面滑动的主要机制。<我talic> β评估是对0.4 - -0.5,宠物,PVDF和更大的地<我nline-formula> β = 0.7 )和聚四氟乙烯(<我nline-formula> β = 0.9 )。后一种行为,即现行的滑动界面,可能会建立一个有关转让交配表面的聚合物薄膜,这是典型的聚四氟乙烯,一个小扩展,UHMWPE(的 1, 12]。自从两个表面之间的内在粘附相同的聚合物非常低,摩擦阻力是由弱界面的粘合强度。