动态力学分析和热塑性聚酯弹性体复合材料的三体磨料磨损行为

文摘

各种大量的短纤维(玻璃和碳)和颗粒填料和聚四氟乙烯(PTFE)一样,碳化硅(SiC),和铝(Al₂O₃)系统地引入热塑性聚酯弹性体(TCE)矩阵加固的目的。储能模量等力学性能,损耗模量和棕褐色δ通过动态力学分析(DMA)和三体磨料磨损性能在干砂橡胶轮磨损试验机进行了调查。磨料磨损的研究,根据实验计划通过考虑三因素三水平正交数组。TCE的复杂模混合复合材料推向一个更高的水平相对于TCE填充聚四氟乙烯复合材料。在较低温度(玻璃地区),存储模量增加而增加钢筋wt. %(纤维+填料)和组合的值是最大40 wt。%的强化。损耗模量和阻尼峰也发现公司较高的碳化硅和艾尔₂O₃塞尺。常规磨料磨损试验结果表明,TCE填充聚四氟乙烯复合材料表现出更好的耐磨性。提高耐磨性,然而,没有通过短纤维和particlaute填料增援。田口方法的实验结果,得到了最优的组合控制因素对最小磨损体积和也提出了预测相关性。此外,讨论了样品的磨损的表面形态。

1。介绍

近年来,已经有了显著的增长在大规模生产的纤维和/或filler-reinforced热塑性聚合物基复合材料的工程应用。工程聚合物和聚合物钢筋与纤维和颗粒填料广泛应用于设计。聚合物复合材料往往需要移动接触硬磨料颗粒配合端面。一些实际情况滑动轴承,船舶尾轴承、管道和槽内衬用于运输研磨材料、转子和粉搅拌机、叶片和组件在农业和地球移动设备,和叶轮在泵处理工业液体1]。一般来说,机械载荷承载能力和特定的复合材料的磨损率确定他们在实际应用的可接受性。不同类型和数量的纤维增强和/无机填料,改善聚合物的许多物理和/或机械性能,及其潜在的改善耐磨料磨损价值发现(2]。磨料磨损是最重要的在所有形式的穿,因为它的贡献几乎64%的总成本的穿3]。是由于引起的硬粒子或硬状突起,被迫和沿固体表面(4]。

一些研究人员已经观察到显著的机械性能的变化存储和损失模和褐色δ增强的聚合物纤维和颗粒填充剂(5- - - - - -10]。金等。5)进行的研究动态力学分析(DMA) multiprocessed微碳纳米管/有机玻璃(PMMA)复合材料来确定存储和损失模和褐色δ。哈桑et al。6]研究了注射模制玻璃纤维的动态力学性能/聚酰胺66 (PA66)复合材料。他们确定了谭δ圣母和填充材料在干燥和50%相对湿度(RH)和潮湿的条件。黄等。7]报道了聚四氟乙烯(PTFE)填充硅复合材料的模量,得出的结论是,增加复合硅含量降低了模量。然而他们没有报道三体磨料磨损行为研究中。Suresha et al。8]调查organomodified蒙脱石的效果(oMMT)内容在不同wt. %满环氧树脂纳米复合材料玻璃化转变温度(模和褐色),存储和损失δ连同三体磨料磨损试验。他们得出的结论是,、存储和损失模下降随着oMMT的填料在装货。然而,更高的oMMT填料添加显示最低磨损体积损失和提高机械性能。Thongsang et al。9)的动态力学和摩擦学性能研究粉煤灰硅沉淀白炭黑(PSi)填充(FASi) /天然橡胶(NR)复合材料通过改变总二氧化硅含量混合NR复合材料。他们得出结论,75%的PSi分数引入FASi / PSi-filled NR化合物以达到最佳力学性能和耐磨性。然而上述调查没有报道之间的关系复合材料的动态力学性能和耐磨性。Brostow et al。10]证明了动态力学性能之间的联系和划痕/耐磨等各种热塑性塑料聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯,styreneacrylonitrile (SAN), acrylonitrilebutadienestyrene (ABS),山都平,surlyn, polyethersulfone (PES)和低密度聚乙烯(LDPE),当策划棕褐色δ穿透深度的函数或残留深度,观察到一个抛物线的依赖。然而,一个清晰的关系存储和损失模还没有被发现。

许多研究对聚合物及其复合材料受到磨损已报告(11- - - - - -32在文学。Budinski [11]调查据20一个类型的聚合物和耐磨性比其他聚合物聚氨酯具有更好的耐磨性。电话等。12]报道的磨料磨损polyetheretherketone (PEEK)填充聚四氟乙烯和聚四氟乙烯填充偷看。唯一和球13CaCO等)研究了填料的影响₃,贝索₄页的,飞灰磨损行为。他们报道,矿物填料的加入PP基质减少严重磨损条件下的耐磨性。刘等人。14]报道的耐磨性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)有无石英颗粒在三体磨损条件下强化。基于聚合物复合材料的三体磨料磨损(15- - - - - -21)已被广泛研究并已取得相当大的进展在理解复杂的摩擦学的过程。许多研究人员报道,高分子材料的耐磨性取决于材料的内在力学性能以及所使用的测试方法(17,18]。

众所周知,通过添加填料或纤维强化的大多数热塑性复合材料将改善机械性能,然而同样并不增加耐磨性如果在本质上是高度磨料磨损机制21]。然而阁下的发现等。22- - - - - -27)透露,大大减少了磨损率的错和CuS聚四氟乙烯,CuS、CuF₂尼龙11、曹、PbS,措,CuS、CuF₂偷看。与上面相反的观察,他们还发现,磨损率增加时,聚合物摆满了BaF等颗粒材料₂,CaF₂,ZnF₂,不得低于₂、硫化锌、SnS、氧化锌和SnO [22,26]。拉维·库马尔et al。28)进行三体磨料磨损行为PA66 / PP共混纳米黏土(NC) +短碳纤维(SCF)填充PA66 /页。他们发现,PA66 / PP与数控+自洽场表现出最高的磨损率比PA66 / PP共混。Bijwe et al。29日)检查整洁polyetherimide (PEI),裴满是山东和聚四氟乙烯,二硫化钼(金属氧化物半导体₂),石墨在不同磨损模式。他们报告说,整洁的裴展品更好的抵抗在三体磨损。这些研究结果表明,纤维和填料是有害的对于三体磨料磨损行为和与前面列出的结果有很好的一致性21,22,26]。

Pettarin et al。30.]报道高分子量高密度聚乙烯的磨损行为(HMWHDPE) /金属氧化物半导体₂在干滑动和磨料磨损条件下复合材料。他们认为,将金属氧化物半导体₂HMWHDPE改善其滑动和磨料磨损性能与金属氧化物半导体的内容₂最小的磨损率10 wt. %左右。通等。31日)发现,摩擦系数的UHMWPE增加的赛纤维,而复合材料的耐磨性是当纤维含量最高的是大约10 wt. %。沃斯和弗里德里希32]研究了滑动磨损行为的短玻璃和碳纤维增强PEEK复合材料在室温下。他们认为,山东的PEEK显示边际改善耐磨性。后者调查报告(30.- - - - - -32)透露,将某种类型的纤维和填料改善了聚合物复合材料的耐磨损。这些发现是在良好的协议与前面的调查报告(22- - - - - -27]。上述研究结果相反,研究人员调查了协同效应的纤维和填料tribomechanical表演的新设计的基于聚合物的复合材料。

实验设计(DOE)技术获得确凿的信息的最大数量最少的工作,时间,能量,或其他有限的资源(33]。田口的DOE方法产生了独特而强大的质量改进纪律,有别于传统的过程。它已经成功地应用在干滑动磨损参数评价聚合物复合材料的研究(34- - - - - -37]。拉梅什和Suresha37]研究摩擦学的参数的优化在磨料磨损模式的carbon-epoxy(汉英)混合复合材料。他们实现了田口的能源部,方差分析(方差分析)来确定控制影响因素的重要性磨损和灰色关联度(GRG)优化摩擦学的参数有多个响应。他们得出的结论是,填充加载和磨料粒度更重要的影响的具体磨损率复合,因此排名第一和第二。

工作已经由研究人员理解的动态力学特性和磨损行为基于聚合物的复合材料。

从上面的讨论,很明显,热塑性塑料的力学性能和摩擦学行为混合系统是影响纤维和填料。此外,热塑性塑料的磨料磨损性能很差的纤维或填料。机制导致热塑性复合材料耐磨性差尚未完全了解。试图加强纤维和填料为热塑性聚酯弹性体(TCE) +聚四氟乙烯(PTFE)复合到目前为止还没有被报道。TCE矩阵和聚四氟乙烯,原文如此,艾尔₂O₃填料是好的选择因为轴承应用高模量和高强度都是可取的。因此,在目前的研究文章,TCE +聚四氟乙烯复合短纤维和填料已为调查的意图描述他们的动态力学分析和三体磨料磨损模式。

2。实验的细节

2.1。材料

热塑性聚酯弹性体(TCE),商用Arnitel EM 740以颗粒的形式是基体材料在目前的调查。短e玻璃纤维(山东)被选为强化。聚四氟乙烯(PTFE),短碳纤维(SCF),碳化硅(SiC),和铝(Al₂O₃)被选为微米尺寸的填料。山东的平均直径大约是12μ米纤维平均长度约4毫米。舱壁的平均直径约为7μ米纤维平均长度约100μm。聚四氟乙烯的粒子大小约为5μ米,大约5到10μm碳化硅和艾尔₂O₃。这些材料的来源和供应商列在表中1。


聚合物/填料	指定	源和供应商

热塑性聚酯弹性体	吨标煤	DSM和M / s Gargi企业,班加罗尔。
聚四氟乙烯	聚四氟乙烯	杜邦有限公司
短玻璃纤维	山东	良好的有机物,孟买
短碳纤维	自洽场	良好的有机物,孟买
碳化硅	原文如此	碳化硅环球有限公司,印度钦奈。
氧化铝	艾尔₂O₃	Triveni化学品,印度古吉拉特邦。

2.2。TCE复合材料的制备

聚合物颗粒和填充物是干在75°C 10 h在复合前烤箱。选择成分混合,挤压Barbender共转双螺杆挤出机(使:CMEI模型:16 cme, SPL,和室尺寸70厘米³)。100 rpm的搅拌速度是维护的所有成分。的挤出物在冷水中淬火,球状的死去。熔体混合,挤压温度曲线的区域1 (200°C),区域2 (210°C), 3区(220°C),带4 (240°C),分别和区5 (260°C)。挤出物的成分是球状的使用造球机。挤出物的颗粒在100°C的真空干燥箱predried 24 h和注射型往复式螺杆注射成型机(温莎,50 T)生产测试标本。处理温度区1 (220°C)和区域2 (250°C)在注塑成型机桶,分别。模具温度保持在35°C。复合材料制造的细节目前调查给出了表2。


Sl.数量	基质材料(wt. %)	纤维(wt. %)	填料(wt. %)	硬度(海岸)(D)	抗拉强度()(MPa)	延伸率()(%)

1	吨标煤(85)	- - - - - -	聚四氟乙烯(15)	60.8	30.58	18.9
2	吨标煤(68)	山东(20)	聚四氟乙烯(12)	72.8	57.84	16.36
3	吨标煤(60)	山东高(17.5)+ 自洽场(2.5)	聚四氟乙烯(10)+ SiC(5) +基地₂O₃(5)	69.7	30.16	9.87

2.3。动态力学分析

DMA技术,用于研究压力、温度和频率的材料受到的小变形时正弦负荷。它是用来测量刚度和阻尼的模和褐色δ。800年使用TA仪器DMA问动态机械分析仪试样尺寸的20毫米×12毫米×1.6毫米。测量进行了三点弯曲模式的设备和相应的粘弹性性质测定作为温度的函数。温度范围是−60°C到150°C的升温速率5°C min⁻¹在氮气流。样本1赫兹的频率扫描。

2.4。三体磨料磨损试验

三体磨料磨损的研究TCE和没有山东及其复合材料,研究了干砂/橡胶轮磨损试验装置如图1。详细讨论了测试程序其他地方(8,28]。进行一组常规实验后,最终实现了测试条件和表3。减肥由于穿记了下来。体积损失()由于磨损和特定的磨损率()计算后测试使用以下方程: 在哪里体积损失是由于磨损,标本的质量损失,实验样品的密度,应用负载,研磨的距离。三个复制的磨损测试每个样本进行最小化数据散射和平均的三个复制测试结果报告的具体磨损率在这工作。


参数	测试条件

负载	40 N
橡胶轮的转速	200转
橡胶轮直径	228.6毫米
磨料粒子	硅砂、角、212、425和600米
样本的大小	76毫米26毫米6毫米
总测试时间	5.25、10.25和15.25分钟
研磨的距离	752米、1468米、2185米。
砂流量	255±5 g / m。

此外,磨损相关数据与力学性能进行了相关系数可以计算由以下方程: 在哪里是相关系数,是观察,的数量是独立变量(在这种情况下,互惠的机械属性),然后呢是因变量(在这种情况下,复合材料的磨损体积)。

2.5。磨损表面形貌

磨损试验后,复合材料的磨损表面形态进行了使用E-SEM,广达200模型扫描电子显微镜仪器20千伏的电压。

2.6。实验设计

设计的实验应用于聚合物复合材料的三体磨料磨损行为(34- - - - - -39]。在本研究文章中,三个因素,即填充内容/成分()、磨料粒度()和研磨的距离()三个层次,被认为是在这项研究中,依照(3¹³)正交数组。中列出的控制因素和水平表4。


控制因素	水平
控制因素	1	2	3

聚四氟乙烯+颗粒填充内容(成分)()(%)	15	32	40
磨砂颗粒大小(),(米)	212年	425年	600年
研磨距离(),在(m)	752年	1468年	2185年

实验观察结果进一步转化为信噪比()比率。有三个质量特性的类别田口方法:比越低越好,越高越好,和名义越好。这些可以作为损失函数的对数转换计算。磨损体积损失()“低越好”的性能特点是选择和是由以下方程: ,““是观察和的数量””是观测数据。

执行统计方差分析来识别统计上显著的控制因素。与率和方差分析分析,三体磨料磨损参数的最优组合预测精度的可接受的水平。

3所示。结果与讨论

3.1。动态力学分析

动态力学分析的结果在以下部分中讨论。

3.1.1。纤维和填料的作用荷载对储能模量、损耗模量,和褐色δ

动态力学分析(DMA)被用来评估动态弹性模(包括存储和损失)和褐色δ的纤维和particulate-reinforced TCE +聚四氟乙烯复合材料。储能模量、损耗模量和棕褐色δTCE混合复合材料对温度和显示在图绘制2。这些数据提供了深入了解复合材料的刚度,代表材料的弹性性质(40]。图2显示了情节的储能模量和损耗模量,对温度范围从−各种wt. % 60到140°C (TCE 15, 32 - 40)复合材料。它显示在图中2动态弹性模量的值(包括存储和损失)与增加玻璃地区增加了纤维和填料加载。然而,包含组合的复合纤维和填料的40 wt。SiC % CF (GF 17.5% + 2.5% + 5% + 5%₂O₃模)显示显著更高的存储和损失。

一般来说,有三种物理状态的聚合物材料:玻璃,玻璃过渡区和胶状区域。在玻璃地区,链段的运动主要是“冻结”由于严格包装,材料是容易储存更多能量;这导致一个高储能模量(41]。混合TCE的存储模+聚四氟乙烯复合材料在−高60°C和减少随着温度的增加。这是因为组件变得更加移动和失去亲密的包装安排,导致一个非常明显的储能模量降低玻璃化转变区域。因此,橡胶地区储能模量没有显著变化。这可以归因于一个高度纠缠态的聚合物大分子42]。舱壁的硬化效果和陶瓷填料如细碳化硅和艾尔₂O₃(< 10μ米粒子对TCE +聚四氟乙烯复合比山东的温度低于−60°C,这可以归因于不同的填料的形状。同时,与40 wt TCE钢筋。%纤维和填料有更高的值存储模量比那些32 wt。15 wt % +填料和纤维。%填充物。这是由于增强纤维和填料,导致一个强大和硬纤维/填料和聚合物分子之间的接口(43]。此外,TCE混合复合材料充满微米尺寸的填料颗粒比那些有大量颗粒具有更高的储能模量(纤维)和更大的表面积的填充物,导致有效matrix-filler交互。TCE混合复合材料的损耗模量峰值满40 wt。% +纤维填充内容成为更广泛的比32 wt。15 wt % +填料和纤维。%填充内容,由于分子运动的障碍。

损耗模量比储能模量被称为内部阻尼或棕褐色δ。一般来说,复合阻尼主要贡献的原因是(a)矩阵和填料的性质;(b)相间的性质;(c)的地区由于滑动摩擦阻尼矩阵和填料之间的接口,或分层,(d)领域的能量耗散矩阵裂缝。阻尼峰值通常发生在玻璃化转变区域和与侧的运动团体或低分子量单位和橡胶分子链。因此,阻尼峰值越高,分子移动的程度越大(44]。从图可以看出2的公司32 wt。% +填充加载到TCE复合纤维减少复合材料的阻尼特性,导致较低的和更广泛的阻尼峰值。这可以解释,因为纤维/填料作为聚合物链的流动的障碍,这限制了节段运动之间的强相互作用的聚合物纤维/填料和聚合物分子链,表明填料与聚合物的增强特性(43]。此外,有一个减少阻尼峰15 wt。%填料在TCE纤维增强复合材料,因此更大的改善。的影响纤维+填料wt. % TCE复合材料在DMA结果总结表5。


TCE +(纤维+填料wt. %)	储能模量(MPa)	损耗模量(MPa)		玻璃化转变(),°C

85 + (15)	2505.41	93.72	0.0750	24.65
68 + (12 + 20)	3151.16	109.17	0.0600	24.65
60 + (20 + 20)	4381.81	171.26	0.0768	23.56

3.2。纤维和填料的影响加载磨损体积和特定的磨损率

磨损体积TCE +聚四氟乙烯及其复合材料充满了山东和微粒(碳,原文如此,和艾尔₂O₃)与三个不同的硅砂磨料磨损粒子大小为212,425和600μm, 752, 1468和2185 m和固定负载的40 N是列在表中6。可以看出,磨损体积磨损距离增加而增加,磨料磨具,并增加纤维和微粒加载。从表也明显6聚四氟乙烯颗粒作为强化TCE提高了耐磨性。然而,山东的公司增加了TCE +聚四氟乙烯复合材料的磨损体积。此外,硬粒子的增强效应,即原文如此,艾尔₂O₃山东增强TCE +聚四氟乙烯复合材料非亚洲人不是很有效。在与20 wt TCE +聚四氟乙烯复合材料。%山东,磨损体积大约是增加了173%比TCE +聚四氟乙烯复合材料。应该注意的是,戴总成交量的增加更大的山东时,碳,原文如此,艾尔₂O₃结合使用。TCE +聚四氟乙烯磨损体积为130.8759毫米³负载下40 N,而混合TCE复合是396.8096毫米³。TCE +聚四氟乙烯复合显示增加耐磨性,170年的225%相比,TCE +聚四氟乙烯+山东钢筋和混合TCE复合材料,分别。同时,添加微米大小的陶瓷颗粒(10 wt. %)到山东钢筋TCE +聚四氟乙烯急剧磨损体积增加了303%。显然,有一个负面影响陶瓷填料的增强TCE填充聚四氟乙烯的耐磨性。这可能是由于玻璃纤维的磨料性质和硬粒子为软段,TCE填充聚四氟乙烯复合材料。发现更好的附着力TCE和聚四氟乙烯之间,表现出更高的耐磨性磨料磨损。山东、碳纤维、碳化硅和艾尔₂O₃增加纤维和填料的浓度含量TCE +聚四氟乙烯复合材料,这是不利于磨损行为。此外,它可以看出TCE +聚四氟乙烯及其复合材料的磨损体积增加而增加,硅砂的粒度用作研磨剂。


示例代码		穿卷(毫米³)									相关系数()
		磨料尺寸(米)
		212年米			425年米			600年米
		研磨距离(米)			研磨距离(米)			研磨距离(米)
		752年	1458年	2185年	752年	1458年	2185年	752年	1458年	2185年

TCE +聚四氟乙烯	0.05291	46.78832	114.8905	140.073	49.8540	87.88321	122.488	55.82044	77.73723	130.8759	0.700026
TCE +聚四氟乙烯+山东	0.06112	94.98305	136.0678	196.5424	95.9322	166.2373	239.1864	103.0508	164.678	226.7119
TCE杂交组合	0.10194	111.0429	189.816	261.1043	184.6626	304.2331	374.2945	175.3374	296.2577	396.8098



TCE +聚四氟乙烯	0.00087	46.78832	114.8905	140.073	49.8540	87.88321	122.488	55.82044	77.73723	130.8759	0.648937
TCE +聚四氟乙烯+山东	0.00084	94.98305	136.0678	196.5424	95.9322	166.2373	239.1864	103.0508	164.678	226.7119
TCE杂交组合	0.00145	111.0429	189.816	261.1043	184.6626	304.2331	374.2945	175.3374	296.2577	396.8098



TCE +聚四氟乙烯	0.00173	46.78832	114.8905	140.073	49.8540	87.88321	122.488	55.82044	77.73723	130.8759	0.550661
TCE +聚四氟乙烯+山东	0.00106	94.98305	136.0678	196.5424	95.9322	166.2373	239.1864	103.0508	164.678	226.7119
TCE杂交组合	0.00336	111.0429	189.816	261.1043	184.6626	304.2331	374.2945	175.3374	296.2577	396.8098

具体穿率随研磨距离增大而减小,随磨料的粒度。见数据3(一个)- - - - - -3 (c),当硅砂颗粒的粗级(600μ米),具体磨损率开始大幅减少与增加研磨的距离。更高的具体磨损率是注意到TCE混合复合材料相比,TCE +聚四氟乙烯复合材料。

(一)

(b)

(c)

TCE +聚四氟乙烯+山东TCE混合复合材料显示,过度磨损距离1468米研磨后,分别在实验和磨屑与大型片(图的形式4与212年)的负载下40 Nμ硅砂磨料磨具。发现玻璃纤维加固可以有效降低磨损体积TCE +聚四氟乙烯复合材料相比,陶瓷填料填充TCE的混合组合。相比之下,山东+ TCE +聚四氟乙烯稍微比TCE混合复合材料更好的耐磨性。

高分子复合材料的磨损,已经进行了很多尝试,了解各种材料的斯巴达袍的行为在一些操作参数,并继续努力。三体磨损的随机分布短玻璃纤维增强聚酯复合材料研究了集et al。39,45),发现增加磨料粒子的大小和应用负载恶化的穿属性组合。同时,增加了滑动速度降低了磨损率,增加玻璃纤维的体积分数,根据高能理论,提高了耐磨性,需要更高的能量促进纤维区域中的失败。磨损机制由矩阵的失败成为主流,点蚀、裂缝,和沟槽。Harsha et al。46,47]研究了纤维的影响,固体润滑剂,应用负载的三体磨料磨损特性polyaryletherketone (PAEK)复合材料和表明,酮/醚比高度影响复合材料的耐磨性特别是在更高的负载(12 N)。令人惊讶的是,添加填料和/或纤维PAEK恶化其三体磨料磨损特性。此外,碳纤维提供了劣质支持PAEK复合材料与玻璃纤维。填料的两相复合显示恶化的耐磨性。目前的工作成果也与文献结果一致(46,47]。

3.3。与力学性能相关性的磨损数据

TCE复合材料的硬度和拉伸性能如表所示2。的主要原因添加填料或增强聚合物纤维是改善其力学性能,但对磨损率的影响并不总是有益的。根据兰开斯特(48),产品的“”和““(”“极限抗拉强度和“极限伸长)是一个非常重要的因素,控制复合材料的磨损行为。钢筋与纤维/填料增加抗拉强度(“”)的聚合物,通常降低极限伸长打破(“”),因此产品””可能会小于整洁的聚合物。因此,强化耐磨料磨损通常会导致恶化。提出了各种理论来解释复合材料的磨损性能。根据拉特纳et al。49材料的磨损率成反比的产物””。在目前的调查,磨损体积和之间的关系,(是复合材料的硬度),与不同的研磨距离和不同磨料颗粒大小进行了研究。与40 wt复合。% +纤维填料TCE矩阵展品低””和““价值观但是温和的”“价值显示更高的具体磨损率和磨损体积和最小阻力三体磨损。与32 wt复合。% +纤维填料TCE矩阵具有更高””和““与适度值””价值,表现出温和的具体磨损率,磨损体积,和抵抗三体磨损。复合TCE +聚四氟乙烯较低””和““值但更高”“价值显示特定磨损率低,磨损体积,和优秀的耐三体磨损的研究小组。减少伸长与山东TCE +聚四氟乙烯钢筋复合和TCE +聚四氟乙烯混合复合材料是由于填料颗粒的纤维强化和夹杂物导致磨料磨损性能的恶化。因此,纤维/填料不利于韧性聚合物的耐磨损,从而降低韧性。表6显示相关系数值的磨损体积的函数,,TCE复合材料具有不同研磨距离和磨料粒子的大小。互惠的伸长排名第一的相关性值相关系数为0.700026,其次是和用相关系数值分别为0.648937和0.550661,对复合材料进行了研究。,它可以得出极限伸长打破()影响复合材料的三体磨料磨损行为相比,极限抗拉强度()和复合材料的硬度(在目前的调查。

3.4。磨损表面形貌

磨料磨损发生一般由三个不同的机制,也就是说,microploughing, microcutting和微裂缝45]。磨损表面材料检查发现主要磨损机制。损坏表面的SEM显微照片TCE +聚四氟乙烯复合如图4。深沟槽磨损的方向(箭头)形成由于microcutting采取行动大幅磨料粒子在表面。材料发生的位移动作的滚动和滑动磨料颗粒形成的沟(F)和在横向方向上形成山脊(R),类似于耕作过程。材料是通过耕作和削减负荷下变形与后续应用程序的负载。变形材料(M)可以看到这是坚持磨损表面(A)导致材料的塑性特性矩阵。聚四氟乙烯颗粒(T)可以看到表面上。磨损表面提供了证据的磨料粒子的作用比滑动磨损过程中占主导地位的行动。深沟和磨损损伤是由于磨料粒子的旋转动作。形成的隆起和浅槽最小,这可能是由于磨料粒子的滑动动作。图5显示扫描电子显微镜照相术TCE +聚四氟乙烯与山东复合加固。这是注意到山东是完全嵌入在TCE矩阵(E)。这是由于吨标煤,低熔点聚合物和复合材料是由注塑加工。因此,皮肤山东TCE矩阵形成的纤维。可以观察到的物质损失是由于裂缝的形成和传播(C)的表面。磨损碎片(D)的形式附在表面薄层表明沟槽的形成,这是由于塑性性质的矩阵。纤维拔出或纤维损伤缺席,表明纤维和基质之间的附着力好。裂缝是可见的研磨方向(箭头)由于microcutting的磨料粒子。磨损表面也表明耕作措施的磨料粒子穿方向。图6显示了TCE +聚四氟乙烯表面受损,山东,自洽场,艾尔₂O₃,碳化硅混合复合。严重损害(SD)的显微照片中可以看到导致更高的磨损体积损失。纤维损伤和删除也可以看到已导致更高的具体磨损率的复合学习小组。可以看到裂缝、车辙和山脊,结果由于耕作和磨料粒子的削减行动。塞尺(MF)是松散脱层基质材料导致坑的形成。锋利的边缘的塞尺是磨料粒子,因此增加磨损体积。磨屑以薄膜的形式坚持表面显示矩阵的韧性材料。

3.5。统计分析的磨损

使用软件一款统计软件分析16,专门用于能源部应用程序。表7介绍了实验的计划和输出结果正交数组。磨料磨损的反应和信号噪声计算()比例如表所示7。整体的意思磨损体积之比被发现−43.1912 dB。数据7和8图形化表示控制因素对磨损量的影响。工艺参数设置最高的与最小方差比例总是给予最优质量。图表显示的变化比例控制系数的设置改变时从一个水平到另一个。最好的穿成交量较高比率值响应图。从图,很明显,控制因素的组合,,给出了最小磨损体积。因此最低磨损体积发达时获得复合材料填充内容()、磨料粒度()和研磨的距离()的最低水平。这可能是由于在复合PTFE含量的因素填料往往滑动磨损过程中磨料颗粒,导致特定的复合材料磨损率较低。


Exp数量。	填充的内容(wt. %)(聚四氟乙烯+颗粒)	沙子大小(米)	距离(米)	减肥(g)	穿卷(毫米³)	特定的磨损率×(m³N⁻¹米⁻¹)	/比率(dB)

1	15	212年	752年	0.0641	46.78832	1.555463	−33.4027
2	15	212年	1468年	0.1574	114.8905	1.956582	−41.2057
3	15	212年	2185年	0.1919	140.073	1.602666	−42.9271
4	15	425年	752年	0.0683	49.85401	1.657381	−33.9540
5	15	425年	1468年	0.1204	87.88321	1.496649	−38.8781
6	15	425年	2185年	0.1678	122.4818	1.401393	−41.7614
7	15	600年	752年	0.0762	55.62044	1.849084	−34.9047
8	15	600年	1468年	0.1065	77.73723	1.323863	−37.8126
9	15	600年	2185年	0.1793	130.8759	1.497436	−42.3372
10	32	212年	752年	0.1401	94.98305	3.157681	−39.5529
11	32	212年	1468年	0.2007	136.0678	2.317231	−42.6751
12	32	212年	2185年	0.2899	196.5424	2.248769	−45.8691
13	32	425年	752年	0.1415	95.9322	3.189235	−39.6393
14	32	425年	1468年	0.2452	166.2373	2.831016	−44.4146
15	32	425年	2185年	0.3528	239.1864	2.736687	−47.5747
16	32	600年	752年	0.152	103.0508	3.425893	−40.2610
17	32	600年	1468年	0.2429	164.678	2.804461	−44.3327
18	32	600年	2185年	0.3344	226.7119	2.593957	−47.1095
19	40	212年	752年	0.181	111.0429	3.691587	−40.9098
20.	40	212年	1468年	0.3094	189.816	3.23256	−45.5667
21	40	212年	2185年	0.4256	261.1043	2.987463	−48.3363
22	40	425年	752年	0.301	184.6626	6.139048	−45.3276
23	40	425年	1468年	0.4959	304.2331	5.181082	−49.6641
24	40	425年	2185年	0.6101	374.2945	4.282546	−51.4643
25	40	600年	752年	0.2858	175.3374	5.829037	−44.8775
26	40	600年	1468年	0.4829	296.2577	5.04526	−49.4334
27	40	600年	2185年	0.6468	396.8098	4.540158	−51.9716

的率响应提出了表8。的比δ值,,分别是8.93,1.40和7.39。最强的影响磨损体积亏损产生的因素,其次是因素,,分别。控制因素的交互作用图比例如图8。交互时不发生互动情节上的线是平行的和强大的控制因素之间的相互作用发生时线交叉。观察图8收益率填充内容之间的交互与砂粒径和研磨距离与沙颗粒大小。为了证明的交互,统计分析(方差分析)。


水平	作文()	沙子大小()	距离()

1	−38.58	−42.27	−39.20
2	−43.49	−43.63	−43.78
3	−47.51	−43.67	−46.59
δ	8.93	1.40	7.39
排名	1	3	2

3.5.1。方差分析和控制的影响因素

方差分析是一种统计设计方法用于打破个人影响控制因素。每个因素的贡献比例是用来测量相应的品质特性的影响。磨损体积的方差分析结果表中列出9。这个分析是为5%的显著性水平,也就是说,置信水平为95%。表的最后一列表示意义的顺序控制因素和交互。它可以观察到从表9控制因素()有更大的静态影响为52.46%,()有一个33.05%的影响,()有一个影响3.59%的磨损体积的材料系统研究。然而,之间的交互与(),与(),与()有影响的5.93%、0.27%、和3.90%,分别穿卷上显示更少的意义的贡献。


源	DF	Seq党卫军	的学生	的女士		价值	(%)

作文()	2	120998年	120998年	60499年	262.20	0.000	52.46
磨砂大小()	2	8294年	8294年	4147年	17.97	0.001	3.59
研磨距离()	2	76247年	76247年	38123年	165.23	0.000	33.05
作文沙子大小( )	4	13681年	13681年	3420年	14.82	0.001	5.93
沙子大小距离( )	4	642年	642年	161年	0.70	0.616	0.27
作文距离( )	4	8934年	8934年	2234年	9.68	0.004	3.90
错误	8	1846年	1846年	231年			0.80

总	26	230642年					One hundred.

= 15.1899,- - - - - -平方= 99.20%,- - - - - -平方= 97.40%。
DF:自由度,Seq SS:顺序平方和,Adj SS:调整的平方和,Adj女士:调整意味着广场,:方差,值:测试统计,的比例(%):贡献。

目前的分析表明,三体磨料测试参数及其交互都统计和物理意义(百分比贡献大于错误)TCE复合材料的磨损行为。但相互作用与有统计学意义但没有物理意义(50),因为误差超过这些交互的贡献比例有关,这是明显的方差分析结果。

3.5.2。确认实验

确认实验是美国能源部的最后一步的过程。确认试验的目的是验证结论在分析阶段(51,52]。估计为特定的磨损率比使用参数可以计算出的最优水平的帮助下以下预测方程(52,53]: 在哪里=整体实验的平均值比,=的均值比在最优参数水平,=数量的主要设计参数,显著影响TCE复合材料的磨损率。

实验的结果证实使用预测的最优参数和穿比较特定的磨损率与实际的具体磨损率使用特定穿最优参数如表所示10。的改善比从开始到最佳水平为0.5513分贝。磨损体积减少6.15%。因此磨损体积性能提高了使用田口方法。


水平	初始工艺参数	最优工艺参数		改善结果
		预测	实验

比(dB)	−33.954	−34.3611	−33.4027	0.5513 dB
磨损体积毫米³	49.85401	66.6763	46.78832	6.15%

4所示。结论

TCE复合材料的三体磨料磨损行为研究的函数微粒填充内容,沙子大小和研磨的距离。根据田口方法获得的结果正交数组和下面的结论可以从当前的研究。(1)存储和损失TCE +聚四氟乙烯复合模增加的纤维增强陶瓷填料和包容短纤维增强TCE +聚四氟乙烯复合(混合)。然而,TCE +聚四氟乙烯混合复合材料表现出较低的玻璃化转变温度。(2)TCE +聚四氟乙烯复合显示更好的耐磨性以及更低的具体磨损率比TCE +聚四氟乙烯钢筋与山东陶瓷填料混合复合材料。(3)具体TCE混合复合材料的磨损率比TCE +聚四氟乙烯复合材料。碳纤维、陶瓷填料,即原文如此,艾尔₂O₃被发现是有害的磨料磨损性能。玻璃纤维强化TCE +聚四氟乙烯提供更好的耐磨性比混合复合材料。(4)结果表明,因子()组成施加对磨损的影响最大,其次是研磨距离()和磨料粒度()。组合的影响因素对成分和沙子大小()对磨损性能起到了至关重要的作用。(5)设计实验方法通过田口方法使分析磨损行为成功已受到许多参数,如填充内容,沙子大小和研磨的距离。(6)磨损体积和之间的相关性选择力学性能出现在目前的调查。(7)磨损表面的SEM研究支持在磨损过程中涉及的机制。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突与任何金融组织有关本文中讨论的材料。

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摩擦学的发展

文摘