用于超聲電機(jī)的聚四氟乙烯／聚苯酯復(fù)合摩擦材料
田秀，曲建俊，孫鳳艷
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱1 50001)
摘要：針對(duì)超聲電機(jī)摩擦材料的特殊應(yīng)用，將聚苯酯(Ekon01)與聚四氟乙烯(PTFE)共混制成復(fù)合材料，試驗(yàn)分析其力學(xué)性能矛¨干摩擦滑動(dòng)條件下的摩擦學(xué)陛能。借助于掃描電鏡(SEM)手段，考察復(fù)合材料磨損表面形貌，探討其摩擦磨損機(jī)理。并將PTFE/Ekon01復(fù)合材料作為超聲電機(jī)摩擦材料，測(cè)試行波型超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性。結(jié)果表明，PTFE能性有效改善Ekonol的脆性；Ekoll01能增加PTFE的硬度。PTFE大幅降低Ekon01的摩擦系數(shù)，并使磨損率逐漸增大。隨PTFE含量增加，PTFE/Ekon01復(fù)合材料的磨損機(jī)理由疲勞剝落和機(jī)械犁削逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴簼⒑驼持p。當(dāng)Ekon01：PTFE為8：2時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、硬度和耐磨性較好，且超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能較優(yōu)，
是較好的超聲電機(jī)摩擦材料。
關(guān)鍵詞：聚苯酯；聚四氟乙烯；超聲電機(jī)；摩擦磨損
O前言
超聲電機(jī)摩擦材料工作在伴有超聲波振動(dòng)的干摩擦滑動(dòng)條件下，復(fù)雜的條件要求其具有摩擦系數(shù)高、耐磨性好且對(duì)偶件無(wú)磨損、運(yùn)行穩(wěn)定、導(dǎo)熱性好、無(wú)摩擦噪音、可精密加工、粘結(jié)性好等[1]特性。Ekon01不僅耐磨性好，且摩擦系數(shù)較高。特別與其它聚合物相比，它具有類金屬性能，即導(dǎo)熱性好、熱穩(wěn)定性好。此外，它壓縮強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性好、不磨傷對(duì)偶件。但是Ekonol性脆，沖擊強(qiáng)度低，成型加工較困難[2,3].PTFE的動(dòng)靜摩擦系數(shù)差異小、穩(wěn)定性好、使用溫度寬[4,5]。但是它易蠕變、耐磨性能差[6]。然而，Ekorlol與PTFE制成復(fù)合材料即可在性能上互補(bǔ)，克服Ekon01的脆性和PTFE的易蠕變性，又可保持各自的性能優(yōu)勢(shì)。具體對(duì)PTFE/konol共混體系性能的報(bào)道較少。余乃梅等研究F[7]了PTFE／Ekon01共混體系的多種性能，并用偏光顯微鏡、差熱分析了共混材料的相態(tài)。賈曉梅等[8]研究了35％以下的Ekon01填充PTFE的復(fù)合材料摩擦磨損性能。何鵬等[9]研究了添入量為10％的多種填料對(duì)Ekonol的摩擦學(xué)性能影響。
本文將：EkonoI與PTFE共混制成復(fù)合材料，著重研究PTFE/Ekonol復(fù)合材料體系的力學(xué)性能和在干摩擦滑動(dòng)條件下的摩擦學(xué)性能，并利用掃描電鏡觀察PTFE／Ekon01復(fù)合材料的磨損表瑤形貌，進(jìn)而探討其摩擦磨損機(jī)理。并將PTFE／EKon01復(fù)合材料作為超聲電機(jī)的摩擦材料，測(cè)試超聲電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)力矩，以獲得Ekon01與PTFE的****配比，為超聲電機(jī)摩擦材料的設(shè)計(jì)和制備提供理論指導(dǎo)。
1試驗(yàn)部分
1．1原材料及復(fù)合材料試樣的制備
Ekonol，密度1．44g／cm3，平均粒徑14μm，中吳晨光化工研究院產(chǎn)品；PTFE，密度2 15g／cm3，平均粒徑25μm，中吳晨光化工研究院產(chǎn)品。本文將PTFE填入到Ekon01中，按O～********的全范圍配比共混，每隔********PTFE制成一組復(fù)合材料。復(fù)合材料試樣制備過(guò)程為原料經(jīng)過(guò)篩烘干后按配方比例稱量，利用高速攪拌機(jī)充分混合后裝入金屬模具中，在100MPa壓力下保壓10min冷壓成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后切削、打磨制成試樣。
1.2試驗(yàn)條件及方法
沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)采用xcJ-40型簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)執(zhí)行，試樣尺寸為90mm×10mmx7mm，豁口尺寸為φ2mm×10㈣。硬度試驗(yàn)采用HRl50洛氏硬度計(jì)，選用M標(biāo)尺。摩擦磨損試驗(yàn)采用環(huán)一塊式M-200型磨損試驗(yàn)機(jī)，在干摩擦滑動(dòng)條件下測(cè)定試樣昀摩擦系數(shù)和磨損量。對(duì)偶件材料為45#鋼，預(yù)壓力為10kg，對(duì)偶件轉(zhuǎn)速為200r/min，對(duì)磨時(shí)間為30min。上述試驗(yàn)均重復(fù)3次，取平均值作為結(jié)果數(shù)據(jù)。超聲電機(jī)試驗(yàn)采用B13模態(tài)40圓盤形行波型超聲電機(jī)，其預(yù)壓力加載裝置及定子振動(dòng)模態(tài)如圖l所示，定子材料為L(zhǎng)YCZl2硬鋁。將復(fù)合材料作為超聲電機(jī)摩擦材料，粘貼在鋁轉(zhuǎn)子上，為比較材料差異，其厚度均為2．5mm，試驗(yàn)前均經(jīng)過(guò)1200#砂紙打磨和丙酮清洗，超聲電機(jī)的激勵(lì)頻率，為41．5kHz，激勵(lì)電壓Vp-p為180V。超聲電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間預(yù)壓力由彈簧提供。
2結(jié)果與討論
2.1力學(xué)性能
超聲電機(jī)摩擦材料需要取得適當(dāng)?shù)臎_擊強(qiáng)度和硬度。沖擊強(qiáng)度較大的軟材料會(huì)吸收超聲振動(dòng)能，從而降低摩擦驅(qū)動(dòng)力的轉(zhuǎn)換效率；摩擦材料硬度較大時(shí)，超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子接觸狀態(tài)容易受轉(zhuǎn)子加工精度的影響，導(dǎo)致接觸不均勻現(xiàn)象 [10]，宏觀表現(xiàn)為電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，引起爬行和噪聲。圖2給出的是 |
