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一个工程的干摩擦行为的方法 大量的工程塑料的机械性能
G. Kalacska
机械工程技术研究所，机械工程学院，森特什大学，gouml;douml;ll，匈牙利
摘要：有二十一种不同的商品级工程聚合物，包括未经加工复合材料，通过实际操作挑选出来。根据一些典型应用的标准可以分成三组：1、滑动机件材料；2、经常受到摩擦磨损影响的机械负载机器元素材料；3、具有滑动负载特性的，可以用于耐化学材料的非晶体材料。摩擦磨合状态测试需要使用一个动态pin-on-plate试验台。在稳态摩擦测试的时候，两个光伏政权(0.8~2MPa'ms–1)需要通过pin-on-disc测试系统进行分析。由于测量地面不对称的钢结构，表面摩擦系数计算和分析会受到机械摩擦的影响。最后对摩擦力学性能测量结果进行评估：屈服应力，邵氏硬度，杨氏模量和断裂伸长率。
动态滑动模型是为了更好的相关实际机器元素应用，这就需要增加硬度屈服应力来减少摩擦。为了增加光伏政权经常改变的线性迹象材料属性与摩擦力之间的关系，需要运用聚合物/钢滑动的摩擦理论。
关键词：材料测试，摩擦塑料，机械性质
1、介绍
因为工程上有摩擦磨损的影响，而且聚合物又是其中一种复杂的表面的微观和宏观的交互物质，摩擦一个对另一个移动而产生的，不是因为塑料的材料特性。因此，他们不能避免的要翻阅表格数据材料，去找到相关的特征手册。因为它们涉及更复杂的检查的特点，所以需要确定摩擦和磨损以及摩擦接触系统整个系统的影响体现在哪里。庞大的知识系统是不可缺少的，因为评估会产生一些误差。由于这些材料系统存在摩擦学行为，因此在被给定的条件下的条件，是可以和材料进行比较的。该系统所用的方法是发表在《前德国标准DIN 50322[4]部分磨损试验类别所提到的。
高分子材料的摩擦学涉及复杂的摩擦系统的变形和接触的热影响区、时间应力状态、表面能的特点。因为聚合物的工业中获得了一个更被接受的材料，所以塑料不再是必需的。他们已经成为真正的元素机和摩擦学的知识的必要条件，现在许多摩擦应用程序里面涉及塑料、聚合物的一些常识和复合材料，已经发表总结的经验，例如，磨损机理和粒子分离、转移的胶卷，是否受润滑剂的影响。大量的论文有解决一个给定材料的特征，例如，聚酰胺在不同条件下，可以作为磨料作用，干燥或聚合物滑动的润滑剂。原则上会用一些家庭常用的材料。已经有发现磨损之间的关系的行为和聚合物的机械性能是存在一定联系的，但因为弱相关性的发现，主件磨损系统和所选材料的范畴非常有限。近年来，一直专注于研究的工程团队发现了聚合物和各种新技术，想要通过改变提高摩擦学的行为，来改变表面分子或矩阵结构或批量属性。在工程聚合物摩擦学的文献中，大多数的相关研究材料，材料都不具备可操作性。关于有用机械工程的信息是很很少很少的，应用程序会通过比较不同材料的性质和一般应用材料组织。目前的研究正在观察摩擦一些工程在滑动和聚合物，机械负载应用程序来确定趋势之间的力学性能和摩擦。
- 选择的材料和他们的机械属性
工程塑料样品测试，从商用半成品加工的形状，即例如棒，燃料棒。Sustaplast GmbH一家制造(德国)、 象限EPP(比利时)，Ensinger GmbH是一家 (德国)、Teraglobus有限公司(匈牙利)和Quattroplast 有限公司(匈牙利)，他们采购 从Teraglobus(匈牙利)和Quattroplast(匈牙利)。机械性能测量也有相应的标准(拉伸MSZ EN ISO 527 - 1和硬度MSZ EN ISO 868： 2003)。机械性能测量是根据相应的标准(拉伸MSZ EN ISO 527 - 1和硬度MSZ EN ISO 868： 2003)，然后测试样品进行加工。经过一个星期在实验室(23ordm;C / 60% RH)的测试，测量重复5次，取平均值。在Teraglobus 英斯特朗3366 Ltd .实验室进行拉伸测试，根据D - 180硬度计，来求出所需要的值：屈服应力(R)， 杨氏模量(E)，断裂伸长率(A)和海岸D硬度(H)。表1展示了材料和发布的作品，如表2所示，测量材料属性的三个组：滑动，负载和其他非晶态结构材料。选中的滑动材料通常用于滑动轴承、垫圈的信任、滑动支持和垫、齿轮和光伏 建筑和设计的基础。第二组塑料会经常用于超大的机械，加载这种材料是为了消除摩擦的影响。第三种很少被用于摩擦负荷，尽管这种材料具备这种能力。PES是应用程序的主要目标，以化学和耐热性知识、经验和工程解决方案的建议的为主要生产商(象限，Ensinger 和Rochling)作为分组的基础。
- 实验设计
3.1 Pin-on-disc和动态pin-on-plate测试系统
测量摩擦比较测试系统，pin-on-disc测试法和动态矮松- 选择板测试系统，使用的是经典的聚合物/钢摩擦过程 [1]，如图1所示[22]。载荷和滑动测试系统的速度值对应于干燥工程塑料滑动轴承的应用，要考虑安全性。
在启动后，在磨合时候，摩擦系数增加。正在变形的接触区会重组(如地形和地面层)，这将会强烈影响稳态摩擦行为和真正的工作寿命。磨合期间，一个过渡区出现的地方最大的摩擦系数是可以测量的，聚合物膜的形式 也会变化。在这之后的继续滑动所需力机械切割过程的并形成接触区和胶效果之间的材料。随着聚合物薄膜形式，胶粘剂的组成部分的摩擦增加会聚合物/聚合物接触，这将导致钢/聚合物粘附接触变强。聚合物薄膜的回避污染过程会提供一个动态平衡，这就会导致所谓的稳态摩擦 (力和系数)。这种现象是图2所示[22]。
如图1所示，pin-on-disc测量系统评价摩擦过程的稳态会出现两个光伏政权。测试是典型的pv制度设塑料机械元件的正常应用，需要有较高的安全系数。这种差别在两个系统中是正常的负载。滑动速度保持不变。在评估期间，重要的是要知道正常负载是如何变化的，因为这会影响摩擦力和系数[1，22- 23)(图3)。根据摩擦的理干摩擦力，Ff，等于总和粘附和形变的组件， Ff = Fa Fd。特殊情况在低负荷时，变形组件可能是数量级小于附着力组件 (Fa gt; gt; Fd)，导致Ff # Fa的关系。研究结果表明，所选材料要根据pv-s收益率near-optimum (图3)的摩擦值。
利用动态pin-on-plate测试系统在磨合期内。虽然动态建模开发的方法dynamicc指的是完整的动态测试程序，即5重复周期的编程滑动路的试验，但Dynamic1代表一个滑动的循环程序滑动路径.。众所周知一个更好的实验室的模型，是会影响机械元件的动态。方法的细节前面有所描述[24]。
3.2测试条件
表3总结了测试条件
pin-on-disc(图4）根据磨损试验VI的类别，德国标准DIN 50322[4]固定的塑料样品进行测量，6毫米直径和高度15毫米，被用作旋转S235钢铁别针盘，地面粗糙度平均值为Ramu;m 0.05 = 0.05。销是定位在每个实验的盘上 100毫米的半径的位置上。在测量期间，以下参数同时进行测量： 摩擦系数(mu;)，磨损，特征垂直位移的针座(d) 和温度密切联系(T)。结果列在下面。
在动态(动态pin-onplate)摩擦测试中， 一个移动的塑料样品销为直径 4毫米，沿着设定的路径(图 5)与正常负载的动态变化速度值，结合惯性的影响弯曲，动态测试完成，可以得出完整路径 5次(5周期)、5点平均负载和五个速度。在评估期间，第一个周期是分别说明(如图1所示) 完成5个周期的平均价值的。
- 结果与讨论
4.1测量摩擦数据的比较
摩擦的结果列于表4(通过测试系统)，这会在数字和图表中说明。在图6中，动态pin-on-plate 结果的数据显示，短滑动距离会导致相对较低的摩擦值和磨合时期的特征摩擦。如图1所示，在机器元素材料中，PA6G /聚乙烯， PETP PETP / PTFE复合材料会收到突然改变的摩擦的影响，这就意味着快速形高分子膜会改变的机械变形，以及机械切割在接触区的附着力。
pin-on-disc测量结果如图7所示。相对较低(0.8 MPa”ms-1) pv政权会导致一个区别材料组织的温和的区域，但这不包括非晶态材料(PES)。稳定的摩擦物料组1的系数是5 - 10%，这个数据是低于材料组2的。在材料组1中，mu;ma通常情况下是小于mu;av的，这就出现了平稳过渡区(见图1和图2) 和传输层。负载增加的结果，会导致(pv = 2 MPa使用矮松——“ms-1)测量盘测量的误差，如图8所示。
pin-on-disc系统II(图8)测试结果以及系统相比测试结果(图7)， 表明大多数的材料类别1 会导致降低类似的摩擦增加负载。对于那些材料，如聚四氟乙烯， PETP / PTFE和PA6G(Mg)/油，通过系统测，往往会在左边出现最优工作点。如图3所示，这种情况是在协议与摩擦理论[5，23]的低表面粘附的slidinggroup的结果。而PA4.6 和PEEK，最优工作点会出现在右侧(图3)，这也将导致不断增加的负载会造成更高的摩擦。
关于摩擦数据进行评估的功能测量机械性能，这种材料组指出，PES分为2组，但却没有遵循趋势线，不仅在分子结构在摩擦行为，最有可能因为PES不同从其他测试材料。
4.2摩擦系数和屈服应力
摩擦的价值观和之间的关系，屈服应力如图9所示。
每个测试系统显示的滑动机器元件材料(材料组1)提供较低摩擦系数与结构和负载塑料材料(组2)。pin-on-disc测试系统，“R”属性对摩擦的影响。较低的光伏政权，测试系统，光伏= 0.8 MPa”ms-1)，“R”不影响摩擦的材料组2。对物质组1除了在运行在期间，摩擦稍有增加“R”由于变形和附着力因为不同的粘附力动态平衡的聚合物膜的形成关于最小低负荷(图9 b)。高负荷的矮松第二盘测试系统影响的结果。“R”没有影响材料组1，但对于物质组2，较高的R值导致摩擦略有增加 (图9)。
4.3摩擦系数与伸长
图10显示了摩擦系数与伸长。第一周期的动态测试系统(图10)的关系对数线性。导致更高的A值增加摩擦，即使对于物质组2。这行为与粘附的作用：高压力可以导致更高的变形，扩大实际的接触面积。基于pin-on-disc测试系统的结果，伸长(#39; A #39;) 疲软对摩擦的影响。在较低载荷(图10 b)， #39; A #39;的增加会导致减少可以忽略不计摩擦材料组1和略有增加摩擦材料集团2。高负荷(pin-on-disc II)，没有效果 A在摩擦观察(图10)。
4.3摩擦系数的函数 弹性模量
图11显示了摩擦系数与杨氏模量。在磨合期间，动态pin-onplate有相似的结果测试的材料类别。一个最佳的 “E”值显示滑动和负载 塑料在周期1。在测试系统中，最优 “E”大约是5000 - 6000 MPa。这个值是 系统的，因为它依赖于表面 粗糙度，交配的金属组成 (如表面和其他系统功能、温度)。使用典型的测试系统设计 工程解决方案。五个周期后，附近的 过渡，分散的数据(图11) 大来定义任何特定的趋势。
在稳态摩擦，pin-on-disc测量 主要显示之间的线性关系 摩擦和杨氏模量(“E”)。的关系 变化的负载级别的系统。矮松盘增加“E”会导致更大的增在摩擦材料比物质组1 b组2(图11)。在低负荷水平，这一现象 可能是由于胶影响的 更高的表面能。众所周知， PEEK或PEEK复合材料，和“E”价值 表面能是高于其他材料， 比如uhmw - pe。增加的负载水平 pin-on-disc二世之间的测试显示了不同的趋势 摩擦和“E”，(图10)。变形 和粘附在一起，形成最终的工作 摩擦的变化对物质组2但提供 没有显著改变材料组1。
4.5摩擦系数密谋反对 海岸D硬度
图12显示之间的关系 海岸D硬度和摩擦。动态测试表明，在早期阶段的摩擦，动态测试表明，在早期阶段的摩擦，增加硬度是有利的结果材料组织，因为较低的摩擦低变形和实际接触面积小。导致较低的机械和部队的粘合剂。接近的过渡区(图1) 完整的动态测试，形成聚合物层 其胶效果变化动态，分散的数据(图12)显示太大的一种趋势。
稳态摩擦测量显示，表面硬度变化的作用。在低负荷(图12 b)，硬度没有显著影响观察摩擦材料组2。增加 负载(pin-on-disc II)修改(图的影响 12 c)硬度的摩擦。在这样的情况下，塑料材料集团1的D硬度80或更高的低摩擦。这些材料在pin-on-disc我系统工作，在左边的区域摩擦的最佳(图3)中根据摩擦理论，但在高负载，它们在欧元区内近了最优点。这不是理由 材料2组。这些塑料的工作最佳点或区域的最优的权利点(图3)pin-on-disc系统，与在高等教育中，他们敦促from the optimum把书本 point to高等教育价值观。
5。结论
21个不同的工程聚合物分离分成三组(半晶状的材料滑动的机械元件、半晶状的材料负载的机器配件，非晶态在工程塑料)测试磨合阶段和稳态摩擦 动态效应和不同负载级别(pv = 0.8 和2 MPa“ms-1稳态摩擦) 根据塑料工程实践。作为一个对数据进行评估各种机械性能的功能。在测试系统(工程建模应用程序)， 他们还发现以下关系：
-在磨合期间，摩擦系数与屈服应力增加和减少海岸D硬度。较高的摩擦增加伸长。mu;的最佳点 (最低)，杨氏模量的函数。
在低负荷条件下的稳态摩擦价值发现以下关系
bull;摩擦屈服应力的增加，杨氏模量和D硬度，会影响机械性能的
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