摩擦性质所采用的测试设备是布鲁克UMT-3摩擦磨损试验机。所用测试模型为球盘式,样品用双面胶固定在样品台上,样品台可以通过电机带动以设定的速度带着样品旋转;实际应用中大部分的摩擦接触均为金属和聚合物,因而选用304不锈钢金属球(直径为4mm,表面粗糙度约为Ra90nm,硬度为HRC39)卡在金属模具中,通过一个悬架与上方的传感器相连接。传感器可以感知并测试正压力以及横向的摩擦力。测试中设定的滑动速度(V)为120mm/s,设定的正压力(Fn)范围为4-15N,测试时间一般为6h。总滑动距离可由滑动速度乘以测试时间得到。每种设定条件下至少测试3个样品。
测试样品的总磨损量(AI)则通过三维白光干涉表面形貌仪(ZYGONexView)扫描多处磨痕表面而得的损失体积求平均值计算而得。典型的磨痕表面的白光干涉扫描图。,其颜色表不该处的高度信息。通过软件的分析,可以得到具体某个截面的高度信息。如白色箭头所指的这样一个截面,其高度信息显示于下方,导出这个高度信息,通过积分运算就可以得到该截面的截面积。由于摩擦测试结束后,磨痕并不均匀,因而我们取不同段磨痕多处截面位置的截面积,计算平均值作为其真实截面积。再根据摩擦测试的半径(设置为5mm),计算得到最后的总磨损体积。左上角为俯视图,颜色代表表面的高度信息;左下角为,取多处的截面积算得平均截面面积,进而求得总的磨损体积最终的比磨损率数据。
这里针对提髙环氧树脂的摩擦磨损性能,我们在环氧树脂中添加了二氧化硅、短碳纤维、石墨,得到了可用于墨水直写打印的复合材料,并且其摩擦磨损性能表现优异。利用挤出过程的剪切作用,长径比较髙的短碳纤维和石墨片层都实现了取向。我们对比取向后成型的样品,不同表面的摩擦磨损性能,发现填料取向有效提升了复合材料在高正压力下的摩擦学表现,在大庆,我们通过3D打印过程中控制打印路径可以实现不同区域不同的填料取向,进一步优化这种表现。