分層接結三維機織預制體增強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)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

分層接結三維機織預制體增強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)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

為克服短切纖維和二維碳布增強預制體結構強度低的缺點，分別設計并制備了淺交彎聯(lián)和深交聯(lián)2種分層接結三維機織碳纖維預制體增強酚醛樹脂基復合材料，并以相同復合工藝制備了短切碳纖維增強酚醛樹脂基復合材料。測試碳纖維/酚醛樹脂復合材料的摩擦性能，并通過觀察3種復合材料的磨損表面和磨屑的微觀形貌，探討了其摩擦機制。結果表明：短切纖維復合材料的摩擦因數(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。分層接結三維機織結構預制體具有優(yōu)良的力學性能和整體性，會使復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)，從而使復合材料具有良好的摩擦性能。

碳纖維/酚醛樹脂復合材料； 分層接結三維機織結構； 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體，以酚醛樹脂黏結劑、增磨劑、減磨劑、填料和其他摩擦性能調節(jié)劑的混合料為基體的新型復合材料，其自潤滑作用優(yōu)良，且穩(wěn)定性好，不與復合材料中的其他成分反應，高溫時不易碳化、融化，力學強度高，導熱性能好，作為增強體已被廣泛應用于航空、汽車、軌道交通、軍事等領域，并日益成為高性能摩擦材料研發(fā)的熱點[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的研究取得了卓有成效的成果。然而關于碳纖維增強體形態(tài)的研究鮮見報道。只有少部分學者研究了以二維碳織物為增強體的C/PR摩擦材料的制備與性能。楊斌[4]等設計了一種平紋碳布增強樹脂基摩擦材料，研究了黏結劑對平紋碳布復合材料摩擦性能的影響。費杰[5-6]等從纖維機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)格對其濕式摩擦學性能的影響規(guī)律。

C/PR摩擦材料預制體的設計不僅影響著纖維增強效果的發(fā)揮，而且對制備工藝、材料性能都產生重要影響[7-10]。使用短切纖維預制體的摩擦材料，存在結構隨機，可設計性差的嚴重缺陷。而采用二維碳布作為預制體的摩擦材料存在厚度低，易分層，難以承受大的扭轉力矩的缺陷，所以在高轉速，大壓力等苛刻工況條件下易失效。隨著人們對車輛傳動系統(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構整體性差、易分層破壞、強度低的缺陷成為解決問題的關鍵。 而分層接結三維機織物即角聯(lián)鎖織物，是三維織物的重要組成部分，其特點是部分經紗沿與織物的厚度方向呈一定角度的方向配置。 分層接結三維碳纖維預制體在碳纖維束與束之間形成整體結構，使材料顯示出較強的整體性，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，克服了短切纖維和二維碳布增強預制體結構強度低的缺點，作為摩擦襯層材料在苛刻工況條件具有廣闊的應用前景。

本文選用2種分層接結三維機織物作為增強體(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驗組，測試了3種材料的摩擦磨損性能，以期為摩擦材料預制體的制備提供參考。

1 實驗部分

1.1樣品制備

根據(jù)實驗條件采用東邦UTS50-12K碳纖維為原料。以淺交彎聯(lián)和深交聯(lián)為結構，分別設計出2種4層的分層接結三維織物(纖維體積分數(shù)為40%)。

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

進行真空復合熱壓制成深交聯(lián)結構碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料(用SM表示)、淺交彎聯(lián)結構碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料(用QM表示)，并以短切碳纖維增強酚醛樹脂基摩擦材料(用DM表示，纖維體積分數(shù)為40%)作為對照實驗樣品。

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，將試樣牢固黏結在25 mm×25 mm×15 mm的鋼背上。用電子天平(精度0.000 1g )測量質量磨損。采用UMT-3型微動摩擦磨損試驗機考察深交聯(lián)、淺交彎聯(lián)、短切纖維C/PR復合材料的基本摩擦磨損性能，實驗條件：銷對偶往復速度為400次，載荷為80 N，測試時間為60 min，滑動距離為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，銷對偶往復運動方向為預制體經軸向方向。每組測試樣品3個。

圖1 往復運動微摩擦實驗示意圖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，運用日本HIROX公司生產的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上，表面噴金，采用日本日立公司生產的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制。

2 結果與分析

2.1 C/PR復合材料的摩擦磨損性能

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

表1 不同C/PR復合材料摩擦磨損性能測試結果Tab.1 Friction and wear performance test results of different C/PR friction materials

圖2 不同結構C/PR復合材料的摩擦曲線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后略有降低，這可能歸因于摩擦產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。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的有一個明顯的下降區(qū)域。

不同增強體結構的復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。

由于往復式摩擦實驗中，材料的質量磨損比較少，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構形式對復合材料磨損性能的影響，采用SEM觀測不同復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，實驗結果如圖5和表2所示。

圖4 不同結構的C/PR復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 不同結構C/PR復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的摩擦膜厚度遠遠小于DM摩擦膜厚度。這是因為在材料組分和制備方法相同的情況下，碳纖維的分布狀態(tài)直接影響到復合材料的磨損性能。

2.2 C/PR復合材料的摩擦磨損機制

2.2.1 摩擦機制

對DM、QM、SM 3種復合材料的往復摩擦磨損性能及摩擦后摩擦表面和磨屑的研究表明，復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果，而不同的預制體結構通過影響這3個主要因素來影響復合材料的摩擦性能。2.2.1.1 預制體結構對纖維剪斷及形變的影響 碳纖維增強體結構形式不僅影響著C/PR復合材料的力學性能，而且對磨粒的產生以及摩擦膜的成分與結構產生重要影響[11-12]。復合材料預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，纖維側面受力微凸體較小，細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構穩(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，同時產生不規(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)貢獻較大。在本文實驗中，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)結構中Z取向纖維多于淺交彎聯(lián)結構，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)結構力學：相較于以雜亂短切纖維增強的DM，QM、SM具有的分層接結三維結構預制體的三維網絡結構賦予材料優(yōu)異的結構整體性和力學強度，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，結構缺陷多，外加載荷作用下破環(huán)變形嚴重，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 預制體結構對摩擦表面微凸體的影響 軟質材料和硬質材料相互摩擦過程中，硬質點的粗糙峰嵌入軟質點后，在滑動中推擠軟質點，使之塑性流動并犁出一條溝槽，即犁溝效應。在C/PR復合材料中，碳纖維、鱗片石墨及酚醛樹脂的硬度較低，在與硬質對偶件往復摩擦時，對偶件表面微凸體會對C/PR復合材料表面產生犁溝效應；同時Al2O3、BaSO4等硬質填料在摩擦過程中脫落形成的磨粒也會對復合材料表面產生犁刮作用。在復合材料組分和配方比例相同的情況下，復合材料的預制體結構使紗線以織物的形式存在于復合材料，預制體力學強度高，在摩擦過程中硬質對偶件會減弱對復合材料的剪切破損作用，并且碳纖維碎屑和填料磨粒減少，復合材料表面越易形成摩擦膜。QM和SM復合材料的預制體力學強度較高，在摩擦過程中QM和SM復合材料表面的犁刮效應并不明顯(如圖4所示)。另外由于復合材料預制體結構不同，會在一定程度上影響填料的分布。DM復合材料中，碳纖維與填料(如Al2O3、BaSO4)是均勻分布；而在QM和SM復合材料中，填料不容易附著在預制體的表面屈曲紗線上(以QM復合材料預制體截面為例，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復合材料中的硬質填料附著在復合材料預制體B位置，由于受到纖維的包纏，在摩擦過程中不易從復合材料表面上剝離，從而使其表面比DM復合材料表面平整(如圖4所示)。

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

2.2.1.3 預制體結構對黏著摩擦的影響 在摩擦過程中接觸點會產生瞬時高溫，因而使摩擦材料表面和對偶件的硬質金屬產生黏著，黏著結點具有很強的黏著力。隨后在摩擦力的作用下，黏著結點被剪切而產生滑動。這樣，其摩擦形式為黏著點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聯(lián)。C/PR復合材料在摩擦過程中，隨著往復摩擦次數(shù)的增加，微凸體摩擦過程產生的由纖維、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)進行，摩擦膜中的樹脂等軟質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。黏著點逐漸在剪切力作用下被切斷，導致摩擦膜的形變與破壞并從摩擦表面剝離。DM復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，會使摩擦膜的樹脂含量增加。在發(fā)生黏著效應時，摩擦膜表面由于樹脂的轉移會發(fā)生較為嚴重的破壞。隨著新的磨屑的填入和摩擦過程的繼續(xù)又會形成新的摩擦膜，摩擦膜的不斷破壞和形成的過程會持續(xù)發(fā)生在DM復合材料摩擦過程中，造成摩擦因數(shù)不穩(wěn)定(如圖2中DM曲線)。SM和QM復合材料預制體有良好的結構穩(wěn)定性和力學強度，并且由于其預制體結構使得其磨粒磨屑相對DM復合材料較小。SM和QM復合材料在摩擦中所形成的摩擦膜樹脂含量較少，在發(fā)生黏著摩擦時，只產生輕微黏著磨損，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 磨損機制

C/PR摩擦材料的磨損是與摩擦過程同時產生的，根據(jù)材料磨損特征和機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，幾種磨損機制常同時存在，只是在磨損過程的不同階段主次不同。由于材料結構形式的差異，3種C/PR復合材料同時存在幾類磨損，但主要以磨粒磨損為主。當Z取向碳纖維束增加，會提高磨粒磨損和疲勞磨損的權重。基體混合物含量、材料力學強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種預制體結構，SM和QM力學強度高，結構穩(wěn)定性好，而且在Z取向的碳纖維束要明顯少于DM碳纖維復合材料。另外由于填料在SM和QM結構中，其并不容易附著在預制體表面的屈曲經紗A位置上(見圖6)，也會在一定程度上影響復合材料的磨損性能，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復合材料在摩擦中也不能形成高強度光滑的摩擦膜，所以還是會以磨粒磨損為主，伴隨著黏著磨損和疲勞磨損。DM復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 論

本文研究增強體結構形式對碳纖維/酚醛樹脂基復合材料摩擦磨損性能的影響，探究分層接法三維結構碳纖維機織預制體增強復合材料的摩擦磨損機制，得到如下結論。

1)3種增強體結構形式的復合材料的摩擦因數(shù)均出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象。不同增強體結構復合材料摩擦因數(shù)的大小關系為：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)，分層接結三維結構機織預制體增強復合材料具有較平穩(wěn)的摩擦過程和較小的磨損率。

2)2種分層接結三維結構預制體增強復合材料的摩擦機制相同，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聯(lián)。

3)分層接結三維結構預制體增強復合材料磨損機制相同，均以磨粒磨損為主，伴隨著黏著磨損和疲勞磨損。

FZXB

[1] 潘廣鎮(zhèn),齊樂華,付業(yè)偉，等. 石墨改性碳布復合材料濕式摩擦磨損性能研究[J].摩擦學學報,2012,32(4):360-366. PAN Guangzhen，QI Lehua，F(xiàn)U Weiye, et al. Wet friction and wear behavior of graohite-filled carbon fabric composites[J].Tribology, 2012,(4):360-366.

[2] 姜娟,王曉芳,楊振,等. 新型無石棉有機物摩擦材料的制備及其性能研究[J].應用化工,2012,41(9):1672-1674. JIANG Juan，WNAG Xiaofang，YANG Zhen，et al. Preparation and performance of a new NAO friction material[J].Applied Chemical Industry, 2012,41(9):1672-1674.

[3] 李兵,楊圣崠,曲波，等. 汽車摩擦材料現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].材料導報,2012,26 (S1):348-350. LI Bing，YANG Shengdong，QU Bo, et al. Research and development of automobile friction material[J].Material Review, 2012,26(S1):348-350.

[4] 楊斌,章繼峰,周利民.玻璃纖維-碳纖維混雜增強PCBT樹脂復合材料層合板的制備及低速沖擊性能[J].復合材料學報,2015,32(2):435-443. YANG Bin，ZHANG Jifeng，ZHOU Limin.Preparation and low-velocity impact response of glass fiber-carbon fiber hybrid reinforced PCBT composites[J].Acta Materiae Compositae Sinica, 2015,32(2):435-443.

[5] 費杰,羅威,潘利敏,等. 碳布增強樹脂基濕式摩擦材料摩擦學評價體系[J].潤滑與密封,2015,40(3):47-51. FEI Jie，LUO Wei，PAN Limin，et al. Evaluation system of wet tribology on carbon fabric reinforced resin-based friction materials[J]. Lubrication Engineering, 2015,40(3):47-51.

[6] 費杰,李賀軍,付業(yè)偉,等.連續(xù)制動條件下碳纖維增強紙基摩擦材料摩擦磨損性能研究[J].無機材料學報, 2010,25(4):344-348. FEI Jie，LI Hejun，F(xiàn)U Weiye，et al. Friction and wear performance of carbon fiber reinforced paper-based friction materials under repeated braking condition[J]. Journal of Inorganic Materials, 2010,25(4):344-348.

[7] 吳耀慶,曾鳴,余玲,等. 多維復合增強汽車摩擦材料[J].復合材料學報,2010,27(5):79-85. WU Yaoqing，ZENG Ming，YU Ling，et al. Performances of multi-reinforced automotive friction materials[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2010,27(5):79-85.

[8] 林有希,高誠輝,黃健萌,等.樹脂基混雜纖維汽車制動材料的研制[J].汽車工程,2005(5):109-111,122. LIN Youxi，GAO Chenghui，HUANG Jianmeng, et al. Development of multi-fibers reinforced resin-based brake composites[J].Automotive Engineering,2005(5):109-111,122.

[9] 劉震云,黃伯云,蘇堤,等.增強纖維含量對汽車摩擦材料性能的影響[J].摩擦學學報,1999(4):322-326. LIU Zhenyun，HUANG Boyun，SU Di, et al. Relationship between fiber content and properties of automotive friction materials[J]. Tribology,1999,(4):322-326.

[10] HONG U S, JUNG S L, CHO K H, et al. Wear mechanism of multiphase friction materials with different phenolic resin matrices[J].Wear,2009(7/8): 739-744.

[11] 丁莉.無鉛自潤滑雙金屬材料的研制及其性能研究[D].長沙：中南大學,2011:2-18. DING Li. Research and development of lead free self lubricating dual metal materials and its properties[D]. Changsha: Central South University,2011:2-18.

[12] 王玉林.TiC/Ti基復合材料摩擦磨損性能與氧化行為的研究[D].長沙：中南大學,2011:1-20. WANG Yulin. Study on friction and wear properties and oxidation behavior of TiC/Ti mat rix composites [D]. Changshai: Central South University,2011: 110.

[13] 劉前明.工業(yè)硫代鉬酸銨制備超細二硫化鉬的研究[D].長沙：中南大學,2012: 1-10. LIU Qianming. Resarch of preparing ultrafine particle of MoS2from ammonium thiomolybdate[D]. Changsha: Central South University,2012: 1-10.

[14] 王玉林,劉詠,劉延斌，等. TiC顆粒增強鈦基復合材料的摩擦磨損性能[J].粉末冶金材料科學與工程,2011,16(2):272-278. WNAG Yulin，LIU Yong，LIU Yanbin, et al. Friction and wear properites of TiC particle reinforced titanium matrix composite[J]. Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2011,16(71):272-278.

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

獲獎項目：該文榮獲2016中國紡織工程學會頒發(fā)的第17屆陳維稷優(yōu)秀論文獎

江蘇省產學研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2014023-15，BY2015019-33)；中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助項目(JUSRP41501，JUSRP51505)；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目(蘇政辦發(fā)〔2011〕6號)；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項目(KYLX15_1182)

龍祥(1990—)，男，碩士生。主要研究方向為紡織復合材料的制備及性能。盧雪峰，通信作者，E-mail：sandylxf@tom.com。

TQ 342

A