使用塑料滑動摩擦磨損試驗機實驗案例

1. 實驗目的

（1）了解塑料摩擦、磨損的概念及表征方法。

（2）采用磨損實驗機，測定塑料的滑動摩擦、磨損性能，主要測定磨損量及摩擦因素。

2. 實驗原理

工程塑料常用來制造各種機械的減摩耐磨零件，在設計各種零件之前，必須選擇合適的材料，對工程塑料的摩擦與磨損性能必須有所了解。因此，測試工程塑料的摩擦、磨損性能十分重要。摩擦性能主要是指材料的摩擦因素。磨損性能主要是指摩擦過程中，材料的表面不斷損失的性能。

摩擦磨損定義

（1）摩擦：兩物體接觸表面間產生阻礙切向相對移動的現象稱為摩擦。

（2）滑動摩擦：兩接觸物體接觸點具有不同速度時之摩擦。

（3）摩擦力：兩物體摩擦時相對移動的阻力。

（4）摩擦系數：阻礙兩物體相對運動的摩擦力對作用到物體表面的法向力之比。

（5）磨損：物體相對運動時相互接觸表面的物質不斷損失或產生殘余變形稱為磨損。

3. 實驗設備和材料

（1）塑料試樣尺寸

試樣尺寸見圖2－58。

                            圖2－58 塑料試樣尺寸

（2）試樣要求：試樣表面平整，無氣泡、裂紋、分層、明顯雜質和加工損傷等缺陷。每組試樣不少于3個。

（3）試驗設備：推薦采用中航時代M－200型摩擦磨損試驗機。

1）傳動系統，用來帶動圓環以給定的轉速旋轉，精確到5%以內，并要求圓環安裝部位軸的徑向跳動小于0.01毫米。

2）加載系統，對試樣和圓環，可施加法向力，精確到5%以內。

3）測定和記錄摩擦力矩系統，精確到5%以內。

4）記錄圓環轉數的計數器或記時器，精確到1%以內。

5）試樣夾具結構和尺寸見圖2－59，并附配墊圈 GB 848－76，沉頭螺釘M₃ X 0.35長10毫米。要保證試樣安置后無軸向竄動。

圖2－59 試樣夾具結構和尺寸

6）本試驗中圓環的材質對塑料磨損試驗結果影響很大，因此本標準采用的圓環，其外形尺寸見圖2－60。材料為45號鋼，圓環要求整體淬火，熱處理HRC 40～45，外圓表面光潔度 ▽8，倒角處均為0. 5× 45^o，外圓表面與內圓同心度偏差小于0.01。

圖2－60 圓環外形尺寸

   圓環可以反復使用，每次試驗后，需重新磨削。當外徑小于36毫米就不能再用。作仲裁試臉時必須用φ40毫米的圓環。

注：圓環材質也可按產品標準另定。

（4） 狀態調節

   狀態調節按GB 2918－82《塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境》進行，溫度為23±5℃，濕度為50±10%。

（5）試驗條件

  試驗中上轉軸保持靜止，下轉軸以200轉/分轉動，摩擦副做滑動摩擦，對磨2小時，負荷20公斤，根據材料，允許選擇其他負荷。試驗環境溫度為23±5℃。

4. 實驗步驟

（1）圓環應清除油污，貯存于干燥缸內以防生銹。

（2）試樣經狀態調節后用感量為0.1毫克的分析天平稱取其質量 (m₁)。

（3）把試樣裝進夾具，摩擦面用角尺校正并使它與圓環的交線處于試樣正中。裝好摩擦力矩記錄紙，開機校好零點。

（4）再次用乙醇、丙酮等不與塑料起作用的溶劑仔細清除試樣和圓環上的油污，此后不準再用手接觸試樣和圓環的表面。

（5）平穩地加荷至選定的負荷值。

（6）對磨2小時后停機卸負荷，取下試樣和圓環，清理試樣表面后，用精度不低于0.02毫米的量具測量磨痕寬度，或在試驗環境下存放1小時后稱取試樣質量 (m₂)。

（7）讀取摩擦力矩值。

5. 實驗數據處理

（1）單個試樣的結果計算

1）本標準以磨痕寬度來表征磨損量。測量三點，取平均值，各點之差不得大于1毫米。在需要時，也可用體積磨損表示磨損量。體積磨損V (cm³)可用式 (2－55)計算；

                                        （2－55）

式中；m₁— 試驗前試樣的質量，克；

    m₂一 試驗后試樣的質量，克；

   ρ— 試樣在23℃時的密度，克/厘米³。

2）摩擦系數μ可用式 (2－56)計算；

                                          (2－56)

式中；M—趨向穩定的摩擦力矩，公斤·厘米；

F— 試驗負荷，公斤；

r— 圓環半徑，厘米。

結果取二位有效數字。

注：如果摩擦力波動較大，則應算出摩擦系數的最大值和最小值。

（2）一組試驗結果計算

計算磨痕寬度或體積磨損及摩擦系數的算術平均值。如要求標準偏差S，可用式 (2－57)計算；

                                        (2－57)

式中； X— 每個試樣測定值。

     — 一組試樣測定結果的算術平均值。

     N— 測定的試樣個數。