分層接結(jié)三維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)酚醛樹脂基材料的摩擦性能

龍 祥， 盧雪峰， 張建民， 呂凱明， 錢 坤

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122；2. 江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無錫 214122)

分層接結(jié)三維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)酚醛樹脂基材料的摩擦性能

龍 祥1,2， 盧雪峰1,2， 張建民1,2， 呂凱明1,2， 錢 坤1,2

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122；2. 江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無錫 214122)

為克服短切纖維和二維碳布增強(qiáng)預(yù)制體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)并制備了淺交彎聯(lián)和深交聯(lián)2種分層接結(jié)三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體增強(qiáng)酚醛樹脂基復(fù)合材料，并以相同復(fù)合工藝制備了短切碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基復(fù)合材料。測試碳纖維/酚醛樹脂復(fù)合材料的摩擦性能，并通過觀察3種復(fù)合材料的磨損表面和磨屑的微觀形貌，探討了其摩擦機(jī)制。結(jié)果表明：短切纖維復(fù)合材料的摩擦因數(shù)和磨損率最高，深交聯(lián)的摩擦因數(shù)和磨損率最低，淺交彎聯(lián)的居中。分層接結(jié)三維機(jī)織結(jié)構(gòu)預(yù)制體具有優(yōu)良的力學(xué)性能和整體性，會(huì)使復(fù)合材料在摩擦過程中減少磨屑與磨損，保持穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，從而使復(fù)合材料具有良好的摩擦性能。

碳纖維/酚醛樹脂復(fù)合材料； 分層接結(jié)三維機(jī)織結(jié)構(gòu)； 摩擦性能； 磨損率

碳纖維/酚醛樹脂(C/PR)基摩擦材料是一種以碳纖維為增強(qiáng)體，以酚醛樹脂黏結(jié)劑、增磨劑、減磨劑、填料和其他摩擦性能調(diào)節(jié)劑的混合料為基體的新型復(fù)合材料，其自潤滑作用優(yōu)良，且穩(wěn)定性好，不與復(fù)合材料中的其他成分反應(yīng)，高溫時(shí)不易碳化、融化，力學(xué)強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性能好，作為增強(qiáng)體已被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、軌道交通、軍事等領(lǐng)域，并日益成為高性能摩擦材料研發(fā)的熱點(diǎn)[1-3]。目前圍繞C/PR摩擦材料樹脂改性、基體配方優(yōu)化、基本性能測試與改進(jìn)的研究取得了卓有成效的成果。然而關(guān)于碳纖維增強(qiáng)體形態(tài)的研究鮮見報(bào)道。只有少部分學(xué)者研究了以二維碳織物為增強(qiáng)體的C/PR摩擦材料的制備與性能。楊斌[4]等設(shè)計(jì)了一種平紋碳布增強(qiáng)樹脂基摩擦材料，研究了黏結(jié)劑對平紋碳布復(fù)合材料摩擦性能的影響。費(fèi)杰[5-6]等從纖維機(jī)織體每束碳纖維單絲根數(shù)的角度分類，試樣碳布分為1K、3K、6K等幾種規(guī)格，并系統(tǒng)研究了平紋碳布規(guī)格對其濕式摩擦學(xué)性能的影響規(guī)律。

C/PR摩擦材料預(yù)制體的設(shè)計(jì)不僅影響著纖維增強(qiáng)效果的發(fā)揮，而且對制備工藝、材料性能都產(chǎn)生重要影響[7-10]。使用短切纖維預(yù)制體的摩擦材料，存在結(jié)構(gòu)隨機(jī)，可設(shè)計(jì)性差的嚴(yán)重缺陷。而采用二維碳布作為預(yù)制體的摩擦材料存在厚度低，易分層，難以承受大的扭轉(zhuǎn)力矩的缺陷，所以在高轉(zhuǎn)速，大壓力等苛刻工況條件下易失效。隨著人們對車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性的要求越來越高，如何克服摩擦材料結(jié)構(gòu)整體性差、易分層破壞、強(qiáng)度低的缺陷成為解決問題的關(guān)鍵。 而分層接結(jié)三維機(jī)織物即角聯(lián)鎖織物，是三維織物的重要組成部分，其特點(diǎn)是部分經(jīng)紗沿與織物的厚度方向呈一定角度的方向配置。 分層接結(jié)三維碳纖維預(yù)制體在碳纖維束與束之間形成整體結(jié)構(gòu)，使材料顯示出較強(qiáng)的整體性，具有更好的承載能力和高耐沖擊性能，不易破裂與剝離等特點(diǎn)，克服了短切纖維和二維碳布增強(qiáng)預(yù)制體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，作為摩擦襯層材料在苛刻工況條件具有廣闊的應(yīng)用前景。

本文選用2種分層接結(jié)三維機(jī)織物作為增強(qiáng)體(深交聯(lián)和淺交彎聯(lián))，制備出2種摩擦材料并采用短切纖維作為對照實(shí)驗(yàn)組，測試了3種材料的摩擦磨損性能，以期為摩擦材料預(yù)制體的制備提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1樣品制備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件采用東邦UTS50-12K碳纖維為原料。以淺交彎聯(lián)和深交聯(lián)為結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)出2種4層的分層接結(jié)三維織物(纖維體積分?jǐn)?shù)為40%)。

基體成分主要包括改性酚醛樹脂、增磨劑、減磨劑等。添加體積分?jǐn)?shù)約為40%的稀釋劑無水乙醇，制備出均勻分散的基體膠液。

進(jìn)行真空復(fù)合熱壓制成深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料(用SM表示)、淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料(用QM表示)，并以短切碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料(用DM表示，纖維體積分?jǐn)?shù)為40%)作為對照實(shí)驗(yàn)樣品。

1.2 性能測試與表征

1.2.1 摩擦性能

本文研究采用UMT-3型多功能微摩擦磨損測試儀測試C/PR復(fù)合材料的摩擦磨損性能，如圖1所示。試樣尺寸為25 mm×25 mm×4 mm，將試樣牢固黏結(jié)在25 mm×25 mm×15 mm的鋼背上。用電子天平(精度0.000 1g )測量質(zhì)量磨損。采用UMT-3型微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察深交聯(lián)、淺交彎聯(lián)、短切纖維C/PR復(fù)合材料的基本摩擦磨損性能，實(shí)驗(yàn)條件：銷對偶往復(fù)速度為400次，載荷為80 N，測試時(shí)間為60 min，滑動(dòng)距離為15 mm。對偶件是頭端球徑為9.5 mm、硬度為HRC62的鉻鋼球。測試過程中，銷對偶往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)轭A(yù)制體經(jīng)軸向方向。每組測試樣品3個(gè)。

圖1 往復(fù)運(yùn)動(dòng)微摩擦實(shí)驗(yàn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of reciprocating motion micro friction experimental

1.2.2 磨粒磨屑形貌

摩擦磨損測試完成后，清理并收集試樣表面的磨粒磨屑，運(yùn)用日本HIROX公司生產(chǎn)的KH-7700三維視頻顯微鏡觀察材料摩擦磨損表面形貌。將磨粒磨屑置于樣品臺(tái)上，表面噴金，采用日本日立公司生產(chǎn)的S-4800型(加速電壓1.0 kV)掃描電子顯微鏡觀察磨粒磨屑形貌并研究材料的摩擦磨損機(jī)制。

2 結(jié)果與分析

2.1 C/PR復(fù)合材料的摩擦磨損性能

表1示出不同復(fù)合材料在相同載荷與速度條件下的平均摩擦因數(shù)和平均質(zhì)量磨損。從表中可看出，深交聯(lián)C/PR復(fù)合材料具有最小的質(zhì)量磨損和摩擦因數(shù)。短切纖維C/PR復(fù)合材料的磨損最高摩擦因數(shù)最高。淺交彎聯(lián)C/PR復(fù)合材料的摩擦因數(shù)和磨損質(zhì)量則居中。碳纖維體積分?jǐn)?shù)為40%的DM、QM、SM 3種C/PR復(fù)合材料的摩擦因數(shù)曲線如圖2所示。

表1 不同C/PR復(fù)合材料摩擦磨損性能測試結(jié)果Tab.1 Friction and wear performance test results of different C/PR friction materials

圖2 不同結(jié)構(gòu)C/PR復(fù)合材料的摩擦曲線Fig.2 Friction coefficient curve of different C/PR friction materials

圖3 不同C/PR復(fù)合材料與銷對偶摩擦后的磨粒磨屑形貌SEM照片(×500)Fig.3 Abrasive wear debris morphology SEM images of different C/PR friction materials(×500)

在相同碳纖維含量和測試條件下，3種復(fù)合材料的摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)先增大后減小而后平穩(wěn)變化的趨勢。在測試初始階段，材料與對偶件磨合，接觸面積增大，摩擦因數(shù)提高；隨著摩擦次數(shù)增加，摩擦因數(shù)曲線由磨合初期階段的最高點(diǎn)后略有降低，這可能歸因于摩擦產(chǎn)生的磨粒磨屑填充到摩擦表面凹坑處形成摩擦膜，使得摩擦因數(shù)降低，摩擦因數(shù)的變化與摩擦表面形態(tài)和溫度變化有關(guān)。從圖中還可看出，隨著摩擦次數(shù)繼續(xù)增加，SM的摩擦曲線平穩(wěn)，DM的曲線是下降后有一個(gè)明顯的上升再趨于平緩。QM的摩擦曲線則非常平緩地上升。3條曲線均在初始階段下降這歸因于摩擦膜生長，磨合過程平穩(wěn)，摩擦因數(shù)曲線的變化趨于平穩(wěn)，但是在最后DM的曲線有明顯的上升而QM的有一個(gè)明顯的下降區(qū)域。

不同增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料與銷對偶摩擦后的磨粒磨屑形貌SEM照片，如圖3所示。對比3種復(fù)合材料的磨粒磨屑形貌，SM中纖維碎屑較少，片狀基體較多；QM中纖維碎屑較多，基體碎屑多呈粒狀或小塊狀分布；DM中纖維碎屑明顯較多，形狀不規(guī)則的基體碎片較多。由于DM、QM中分布較多的Z取向纖維束，不規(guī)則形狀的磨粒磨屑較多，其磨損過程消耗更多的摩擦功，使得平穩(wěn)摩擦階段摩擦因數(shù)增大。

由于往復(fù)式摩擦實(shí)驗(yàn)中，材料的質(zhì)量磨損比較少，只能一定程度上粗略反映其磨損性能。為了研究材料組分和結(jié)構(gòu)形式對復(fù)合材料磨損性能的影響，采用SEM觀測不同復(fù)合材料摩擦后摩擦表面形貌，如圖4所示。由圖可知，SM摩擦表面最為平坦，可看到較為清晰的大塊，但并不是連續(xù)的平整摩擦膜。而DM并沒有形成大塊連續(xù)的摩擦膜，但是摩擦表面較為平整有形成摩擦膜的趨勢，周圍存在一定的磨屑顆粒。QM表面最不平整，表面存在較大的凹陷和大量的磨屑及裸露出的碳纖維。由此可知，磨屑并不能很好地填充表面的凹坑。通過三維視頻顯微鏡觀測，測量其摩擦后摩擦表面的大小和凹坑深度來表征其磨損，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5和表2所示。

圖4 不同結(jié)構(gòu)的C/PR復(fù)合材料的摩擦表面形貌SEM照片(×1 000)Fig.4 Friction surface SEM images of different C/PR friction materials(×1 000)

圖5 不同結(jié)構(gòu)C/PR復(fù)合材料的摩擦表面三維形貌圖(×30)Fig.5 Friction surface three-dimensional topography of different C/PR friction materials(×30)

材料編號(hào)線性磨損深度/μmQM174.784SM136.963DM369.297

DM的表面摩擦最深，寬度大，磨損最嚴(yán)重；QM次之；SM的表面大深度最淺，較為平整且寬度小，其磨損最小。SM和QM的摩擦膜厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DM摩擦膜厚度。這是因?yàn)樵诓牧辖M分和制備方法相同的情況下，碳纖維的分布狀態(tài)直接影響到復(fù)合材料的磨損性能。

2.2 C/PR復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)制

2.2.1 摩擦機(jī)制

對DM、QM、SM 3種復(fù)合材料的往復(fù)摩擦磨損性能及摩擦后摩擦表面和磨屑的研究表明，復(fù)合材料的摩擦是不同分布狀態(tài)的纖維剪斷與形變、摩擦表面微凸體犁刮作用以及平滑表面的黏著3種主要因素綜合作用的結(jié)果，而不同的預(yù)制體結(jié)構(gòu)通過影響這3個(gè)主要因素來影響復(fù)合材料的摩擦性能。2.2.1.1 預(yù)制體結(jié)構(gòu)對纖維剪斷及形變的影響 碳纖維增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)形式不僅影響著C/PR復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且對磨粒的產(chǎn)生以及摩擦膜的成分與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響[11-12]。復(fù)合材料預(yù)制體中的碳纖維存在2種排布形態(tài)：X取向，纖維束平行于摩擦面；Z取向，包括垂直于摩擦面的Z1以及與摩擦面成一定角度的Z2纖維束。在摩擦過程中，X取向纖維束平行排布在摩擦表面，纖維側(cè)面受力微凸體較小，細(xì)小碎屑填充在凹坑中形成摩擦膜，所承受摩擦力受力面積大且作用緩和。Z1取向纖維束端面朝上，發(fā)揮類似“鉚釘”的作用有利于維持摩擦表面組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在摩擦力作用下，Z1纖維束端面磨損尖化，其切削斷裂吸收并消耗大量摩擦功，同時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則碎屑，有利于提高材料的摩擦因數(shù)。Z2取向纖維束與摩擦面成一定角度分布，在外加載荷作用下，既受到磨粒磨屑的犁溝和切削，又承受彎曲作用，導(dǎo)致纖維脫落、斷裂或剪切，這種作用形式需要的能量大于X向纖維，對提高材料摩擦因數(shù)貢獻(xiàn)較大。在本文實(shí)驗(yàn)中，DM中短切碳纖維雜亂分布，Z取向纖維最多且纖維較短，在摩擦力作用下纖維容易脫落；深交聯(lián)結(jié)構(gòu)中Z取向纖維多于淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)，碳纖維長絲的有序排布和良好的伸直性有利于減小 SM的磨損。另外根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)：相較于以雜亂短切纖維增強(qiáng)的DM，QM、SM具有的分層接結(jié)三維結(jié)構(gòu)預(yù)制體的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予材料優(yōu)異的結(jié)構(gòu)整體性和力學(xué)強(qiáng)度，減少了纖維的脫落、剝離和拔出，摩擦面較為平整。DM由于碳纖維分布的離散性大，結(jié)構(gòu)缺陷多，外加載荷作用下破環(huán)變形嚴(yán)重，纖維長度僅為3 mm，在摩擦力作用下很容易抽拔、剝離而轉(zhuǎn)移到摩擦膜中，較大的碎屑加劇了材料的磨損(見表1)。

2.2.1.2 預(yù)制體結(jié)構(gòu)對摩擦表面微凸體的影響 軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料相互摩擦過程中，硬質(zhì)點(diǎn)的粗糙峰嵌入軟質(zhì)點(diǎn)后，在滑動(dòng)中推擠軟質(zhì)點(diǎn)，使之塑性流動(dòng)并犁出一條溝槽，即犁溝效應(yīng)。在C/PR復(fù)合材料中，碳纖維、鱗片石墨及酚醛樹脂的硬度較低，在與硬質(zhì)對偶件往復(fù)摩擦?xí)r，對偶件表面微凸體會(huì)對C/PR復(fù)合材料表面產(chǎn)生犁溝效應(yīng)；同時(shí)Al2O3、BaSO4等硬質(zhì)填料在摩擦過程中脫落形成的磨粒也會(huì)對復(fù)合材料表面產(chǎn)生犁刮作用。在復(fù)合材料組分和配方比例相同的情況下，復(fù)合材料的預(yù)制體結(jié)構(gòu)使紗線以織物的形式存在于復(fù)合材料，預(yù)制體力學(xué)強(qiáng)度高，在摩擦過程中硬質(zhì)對偶件會(huì)減弱對復(fù)合材料的剪切破損作用，并且碳纖維碎屑和填料磨粒減少，復(fù)合材料表面越易形成摩擦膜。QM和SM復(fù)合材料的預(yù)制體力學(xué)強(qiáng)度較高，在摩擦過程中QM和SM復(fù)合材料表面的犁刮效應(yīng)并不明顯(如圖4所示)。另外由于復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)不同，會(huì)在一定程度上影響填料的分布。DM復(fù)合材料中，碳纖維與填料(如Al2O3、BaSO4)是均勻分布；而在QM和SM復(fù)合材料中，填料不容易附著在預(yù)制體的表面屈曲紗線上(以QM復(fù)合材料預(yù)制體截面為例，如圖6所示，A位置不容易附著，而比較容易附著在B位置)。在摩擦過程中，QM和SM復(fù)合材料中的硬質(zhì)填料附著在復(fù)合材料預(yù)制體B位置，由于受到纖維的包纏，在摩擦過程中不易從復(fù)合材料表面上剝離，從而使其表面比DM復(fù)合材料表面平整(如圖4所示)。

圖6 QM復(fù)合材料預(yù)制體界面圖Fig.6 Cross section of curved shallow crossing linking woven(QM)

2.2.1.3 預(yù)制體結(jié)構(gòu)對黏著摩擦的影響 在摩擦過程中接觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，因而使摩擦材料表面和對偶件的硬質(zhì)金屬產(chǎn)生黏著，黏著結(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的黏著力。隨后在摩擦力的作用下，黏著結(jié)點(diǎn)被剪切而產(chǎn)生滑動(dòng)。這樣，其摩擦形式為黏著點(diǎn)的形成和剪切交替發(fā)生的過程[13-14]。材料摩擦因數(shù)的變化與摩擦膜的生長、變形和破壞有重要關(guān)聯(lián)。C/PR復(fù)合材料在摩擦過程中，隨著往復(fù)摩擦次數(shù)的增加，微凸體摩擦過程產(chǎn)生的由纖維、樹脂和填料組成的磨粒磨屑填充在摩擦表面孔隙，形成摩擦膜。隨著摩擦過程繼續(xù)進(jìn)行，摩擦膜中的樹脂等軟質(zhì)材料由于受到高溫和外加載荷作用發(fā)生黏著，并形成黏著點(diǎn)。黏著點(diǎn)逐漸在剪切力作用下被切斷，導(dǎo)致摩擦膜的形變與破壞并從摩擦表面剝離。DM復(fù)合材料摩擦過程中含有碎屑較多，所形成的摩擦膜厚度較高，會(huì)使摩擦膜的樹脂含量增加。在發(fā)生黏著效應(yīng)時(shí)，摩擦膜表面由于樹脂的轉(zhuǎn)移會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的破壞。隨著新的磨屑的填入和摩擦過程的繼續(xù)又會(huì)形成新的摩擦膜，摩擦膜的不斷破壞和形成的過程會(huì)持續(xù)發(fā)生在DM復(fù)合材料摩擦過程中，造成摩擦因數(shù)不穩(wěn)定(如圖2中DM曲線)。SM和QM復(fù)合材料預(yù)制體有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度，并且由于其預(yù)制體結(jié)構(gòu)使得其磨粒磨屑相對DM復(fù)合材料較小。SM和QM復(fù)合材料在摩擦中所形成的摩擦膜樹脂含量較少，在發(fā)生黏著摩擦?xí)r，只產(chǎn)生輕微黏著磨損，磨損很輕，樹脂的遷移也不顯著，所以SM和QM復(fù)合材料摩擦面較為平整，摩擦因數(shù)穩(wěn)定(如圖2中的QM和SM曲線及圖4所示)。

2.2.2 磨損機(jī)制

C/PR摩擦材料的磨損是與摩擦過程同時(shí)產(chǎn)生的，根據(jù)材料磨損特征和機(jī)制的差異常將材料磨損分為4類：黏著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損。在材料摩擦磨損破壞過程中，幾種磨損機(jī)制常同時(shí)存在，只是在磨損過程的不同階段主次不同。由于材料結(jié)構(gòu)形式的差異，3種C/PR復(fù)合材料同時(shí)存在幾類磨損，但主要以磨粒磨損為主。當(dāng)Z取向碳纖維束增加，會(huì)提高磨粒磨損和疲勞磨損的權(quán)重?；w混合物含量、材料力學(xué)強(qiáng)度對黏著磨損有重要影響。而外加載荷、摩擦速度等工況條件影響著腐蝕磨損和疲勞磨損。本文選用的3種預(yù)制體結(jié)構(gòu)，SM和QM力學(xué)強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，而且在Z取向的碳纖維束要明顯少于DM碳纖維復(fù)合材料。另外由于填料在SM和QM結(jié)構(gòu)中，其并不容易附著在預(yù)制體表面的屈曲經(jīng)紗A位置上(見圖6)，也會(huì)在一定程度上影響復(fù)合材料的磨損性能，所以在相同的測試條件下SM和QM摩擦膜較為完整平滑，磨粒磨損的比重均小于DM(見表1)。但是SM和QM復(fù)合材料在摩擦中也不能形成高強(qiáng)度光滑的摩擦膜，所以還是會(huì)以磨粒磨損為主，伴隨著黏著磨損和疲勞磨損。DM復(fù)合材料同樣在摩擦過程中以磨粒磨損為主，伴隨著黏著磨損和疲勞磨損。

3 結(jié) 論

本文研究增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)形式對碳纖維/酚醛樹脂基復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響，探究分層接法三維結(jié)構(gòu)碳纖維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)制，得到如下結(jié)論。

1)3種增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)形式的復(fù)合材料的摩擦因數(shù)均出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象。不同增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料摩擦因數(shù)的大小關(guān)系為：短切纖維>淺交彎聯(lián)>深交聯(lián)；摩擦表面深度程度表現(xiàn)為：短切纖維>淺交彎聯(lián)>深交聯(lián)，分層接結(jié)三維結(jié)構(gòu)機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)復(fù)合材料具有較平穩(wěn)的摩擦過程和較小的磨損率。

2)2種分層接結(jié)三維結(jié)構(gòu)預(yù)制體增強(qiáng)復(fù)合材料的摩擦機(jī)制相同，即摩擦因數(shù)是由不同分布狀態(tài)的纖維剪斷與形變、磨粒磨屑和摩擦表面微凸體犁刮作用以及平滑表面的黏著3種因素綜合作用的結(jié)果。材料摩擦因數(shù)的變化與摩擦膜的生長、變形和破壞有重要關(guān)聯(lián)。

3)分層接結(jié)三維結(jié)構(gòu)預(yù)制體增強(qiáng)復(fù)合材料磨損機(jī)制相同，均以磨粒磨損為主，伴隨著黏著磨損和疲勞磨損。

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Friction and wear properties of stratified 3-D woven carbon fiber preform reinforced phenolic resin-based composites

LONG Xiang1,2, LU Xuefeng1,2, ZHANG Jianmin1,2, Lü Kaiming1,2, QIAN Kun1,2

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.CollegeofTextileandClothing,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to overcome shortcoming of the shorter fiber and two-dimensional carbon fabric reinforced perform on low structure strength, the paper designed and prepared the deep crossing linking woven and the curved shallow crossing linking woven carbon fabric reinforced phenolic resin composites. And the shorter carbon fiber reinforced phenolic resin composites was prepared under the same conditions as the controlled trial. The friction and wear properties of the carbon fiber/phenolic resin(C/PR)composites were tested and the three kinds of worn surfaces were observed. The results showed that: the friction coefficient and the wear rate of the shorter fiber composite were the highest; the curved shallow crossing linking woven C/PR composite has the lowest friction coefficient and the wear rate; and shallow curved cross-linking is in the middle. The three dimensional woven structure of layered joint has excellent mechanical properties and integrity of the composite material and can reduce wear dust and wear loss of the composite in the friction process, and keeps stable friction coefficient, so that the composite has good frictional properties.

carbon fiber/phenolic resin composite; three dimensional woven structure of layered joint; friction property; wear rate

10.13475/j.fzxb.20161000607

2016-10-04

2016-11-18

獲獎(jiǎng)項(xiàng)目：該文榮獲2016中國紡織工程學(xué)會(huì)頒發(fā)的第17屆陳維稷優(yōu)秀論文獎(jiǎng)

江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2014023-15，BY2015019-33)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(JUSRP41501，JUSRP51505)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)〔2011〕6號(hào))；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項(xiàng)目(KYLX15_1182)

龍祥(1990—)，男，碩士生。主要研究方向?yàn)榧徔棌?fù)合材料的制備及性能。盧雪峰，通信作者，E-mail：sandylxf@tom.com。

TQ 342

A