连续碳纤维增强尼龙复合材料的研究

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基金项目：天津自然科学基金资助课题（"%&$"’!%%）特约专稿作者简介：郑立允（%($(#），女，河北宁晋人，硕士。研究方向：材料工程。文章编号：%"")#$)’&（!""!）"&#""%$#"’连续碳纤维增强尼龙复合材料的研究

郑立允%，赵立新%，王玉林!，万怡灶!

（%*河北建筑科技学院，河北邯郸"+$"&,；!*天津大学材料科学与工程学院，天津&""")!）

摘要：研究了碳纤维对--./0-12力学性能的影响以及--./0-12的摩擦学性能和磨损机制。结果表明，--./0-12的弯曲强度、

弯曲弹性模量、冲击强度和平面剪切强度随碳纤维含量的增加而提高；--./0-12的摩擦系数和磨损量随着载荷的增加而降低。其磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损的特征。

关键词：碳纤维；单体浇铸尼龙；复合材料；摩擦学性能；磨损机制

中图分类号：34&!)5&文献标识码：2

!引言

尼龙塑料由于其优良的摩擦学性能主要用于制作干摩擦或少润滑场合下的摩擦件，用以替代铜、铝、

钛合金、钢铁等多种金属材料［%］。单体浇铸（0-）尼龙相对于普通尼龙聚合度高，分子量与结晶度大，具

有优良的物理机械性能；与金属材料相比，0-尼龙的强度和模量均较低，

耐热性较差，且难以承受重载荷。连续纤维增强聚合物材料，可以提高或改善聚合物的性质，如刚度、强度、耐热性、热膨胀性能、摩擦

学性能等［!#&］。而用连续碳纤维增强0-尼龙还未见报导。鉴于此，本文对连续碳纤维增强0-尼龙的力学性能及摩擦学性能进行了研究。

"实验部分

本试验所用材料为自制0-尼龙、连续碳纤维增强0-尼龙（简称--./0-12），碳纤维的体积分数为

%!67!’6。碳纤维为3&""高强度聚丙烯腈基碳纤维，其密度为%*)$8/9:&，单纤直径为$7,!

:，由日本进口，将碳纤维进行’+";/%<空气氧化处理。

摩擦磨损试验在00#!""型摩擦磨损试验机上进行，试样尺寸为!+::=)::=$::，表面经$"">砂纸打磨。对磨偶件为’+>钢试环，热处理硬度为’"7’+?@-，直径’"::，厚度%"::，表面粗糙度@A B "*&!7"*$&!

:。用丙酮清洗试样和试环表面。滑动速度为"*’!:/C 。试验载荷分别为+"D 、%+"D 、!+"D ，滑动时间为$":EF 。

通过记录摩擦力矩!（取记录平均值）及环的半径"和载荷#，利用公式!B !$（"#）

计算得到摩擦系数。通过测量磨痕的宽度计算出磨损体积，再计算出单位体积和单位载荷下的磨损体积损失，并以此评价磨损率G 。

采用DHIJ

#实验结果与讨论

表%为不同碳纤维体积分数--./0-12的力学性能数据，由表可知，复合材料的弯曲强度、弯曲弹性模量、冲击强度和平面剪切强度随碳纤维含量的增加而提高，横向剪切强度略有下降。根据复合材料混合定律，随着碳纤维含量的增加，复合材料的强度增大，材料宏观表现为强度增加。--./0-12的剪切强度由基体与纤维共同决定，且纤维的强度远高于基体，此时，其平面剪切强度主要受纤维控制，基体主要第%(卷第&期河北建筑科技学院学报PIQ5%(DI5&!""!年(月RISTFAQ IU ?HVHE WFCKEKSKH IU 2T9

万方数据