M-200橡膠塑料滑動摩擦磨損試驗儀（計算機控制）

一、適用范圍及功能：

    M-200橡膠塑料滑動摩擦磨損試驗儀（計算機控制） 該試驗機主要用來測量材料在滑動、滾動、滑滾復合摩擦或間歇摩擦情況下的滑動磨損特性和疲勞磨損特性。

    符合標準：GB/T 3960-1983 塑料滑動摩擦磨損試驗方法  GB/T 9141.8-1999 柔性石墨板材滑動摩擦系數測試方法

另外本廠生產的計算機控制塑料滑動摩擦試驗機是在現有電子塑料滑動摩擦試驗機的基礎上又增加了很多試驗功能，可以同時顯示扭矩-時間曲線，隨意設定試驗次數，顯示當前試驗次數，設定時間及當前試驗時間等多種功能，本機還配有彩色打印機，可以打印出帶有曲線，表格數據，試驗單位名頭的精美的試驗報告單。

  M-200適用于塑料制品、橡膠制品、石墨板材或其他復合材料的滑動摩擦，磨損性能測試，也可對試驗中試樣的磨擦力、磨擦系數和磨損量進行測定。也可對試驗中試樣的磨擦力、磨擦系數和磨損量進行測定。本機采用高精度扭矩傳感器，16 位單片機電子處理系統，使得本儀器各項測試指標精度非常高。由于集成程度很高，所以設備本身的穩定性好，本機具有一次設置，全自動運行，實驗結束后自動停機，并檢測磨損程度，同時通過打印機打印試驗數據等功能。是各個科研單位，大學，企業實驗室的*檢測設備。本儀器融合了當前新的智能電路系統進行控制，并結合老式M-200摩擦磨損試驗機的功能進行升級改造而成，本儀器具有測控精度高，操作便捷等優勢，是科研院所、質檢機構、實驗室研究的試驗設備。

     M-200型摩擦磨損試驗機主要由試驗主機及智能控制系統兩大部分構成，通過微機控制系統進行操作試驗，在試驗過程中同時可以顯示數值、扭矩、時間曲線，并可以隨意設定試驗次數，顯示當前試驗數值，設定時間及當前試驗時間等多種功能，隨機配備彩色打印機，可以打印出帶有曲線、表格數據等標準要求的試驗報告。

二、精度：

1、速度精度：1%

2、負荷精度：0.5%

3、摩擦力矩精度：1%
4、計數器精度：1S

5、傳感器測量精度：1% FS 

 三、功能特點：

四、主要配置及附件：（計算機控制）

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摩擦性能影響因素

工程塑料與金屬摩擦副對摩時，由于黏著作用會在摩擦副表面發生斷裂，小顆粒工程塑料從表面滑落下來，形成磨屑或者附著在對摩材料表面形成轉移膜。如圖1所示，在摩擦磨損試驗中，磨合階段過程中摩擦副間不斷有轉移膜的形成，當達到穩定磨合階段時形成一層均勻致密的轉移膜。但在摩擦過程中轉移膜會受到填料、工作條件、表面織構等因素的影響使得減摩抗磨效果達不到預期要求。

圖1 PTFE轉移膜形成機理

此外，測試條件、接觸幾何形狀和環境等因素對聚合物摩擦磨損行為的影響也需要更全面的了解，包括純PTFE及三種復合材料(玻璃纖維填充、青銅填充、碳填充)在不同載荷和速度下的摩擦磨損行為，為材料選擇提供依據。

 圖2 磨耗試驗機示意圖

1. 摩擦系數的變化規律

實驗結果表明，純PTFE及其復合材料的摩擦系數均隨載荷增加而顯著降低(圖3)。例如，純PTFE在5 N載荷下的摩擦系數為0.76.而在30 N時降至0.127.

圖3 PTFE及其復合材料與不銹鋼的摩擦系數(滑動速度=0.32 m/s)

這一現象可通過粘彈性理論解釋：聚合物摩擦系數與載荷的關系符合方程μ = kN(n-1)(2/3 < n < 1)，表明摩擦系數與載荷呈負相關。當載荷超過聚合物臨界值時，摩擦熱導致表面溫度升高，分子鏈松弛和剪切作用增強，反而可能加劇摩擦。此外，所有材料在速度增加時摩擦系數平均降低50%(圖4)，說明速度提升可能通過改變界面熱力學狀態影響摩擦行為。

圖4 PTFE及其復合材料與不銹鋼的摩擦系數

2. 磨損性能的對比分析

磨損測試數據(表1、表2)顯示，填充材料顯著改善了PTFE的耐磨性：

純PTFE的比磨損率在10-7 mm³/N·m量級，表現出最高的磨損率。

復合材料的磨損率降低1-2個數量級：PTFE+17%GFR低(10-9 mm³/N·m)，PTFE+25%青銅和PTFE+35%C次之(10-8 mm³/N·m)。其中，玻璃纖維增強效果佳，比純PTFE磨損率降低98%。

表1 PTFE及其復合材料在不同載荷和速度下測試時的質量損失值

表2 PTFE及其復合材料在不同載荷和速度下測試時的比磨損率

3. 載荷與速度的影響機制

圖5 PTFE及其復合材料與不銹鋼的平均磨損率(對數刻度)(載荷=20 N)

速度不敏感性：在0.32-1.28 m/s范圍內，速度變化對磨損率影響微弱(圖5)。例如，PTFE+35%C在1.28 m/s時的磨損率(3.23×10^-8 mm³/N·m)與0.32 m/s(3.90×10^-8 mm³/N·m)差異不足20%，說明摩擦熱未達到引發材料顯著軟化的閾值。

圖6 PTFE及其復合材料與不銹鋼的平均磨損率(對數刻度)(滑動速度=0.96 m/s)

圖7 PTFE及其復合材料比磨損率(對數刻度)隨載荷的變化(滑動速度=0.96 m/s)

載荷敏感性：磨損率對載荷變化表現出強依賴性(圖6、圖7)。例如，PTFE+17%GFR在30 N時的磨損率(6×10-9 mm³/N·m)比5 N時(3.63×10-8 mm³/N·m)降低83%，表明高載荷下增強材料的承載能力優勢更顯著。但純PTFE在20 N后磨損率回升(圖6)，可能與臨界表面能突破導致的塑性變形加劇有關。

4. 微觀機制與轉移膜作用

顯微觀察(圖8)揭示了材料磨損機制的差異：

圖8 5 N載荷和0.64 m/s速度下盤磨損表面的顯微照片：(a)PTFE，200倍，(b)PTFE+17%GFR，200倍，(c)PTFE+25%青銅，200倍，(d)PTFE+35%C，200倍

純PTFE與玻璃纖維增強PTFE形成均勻致密的轉移膜(圖8a-b)，有效隔離對磨面直接接觸，這是其低磨損率的關鍵。

青銅/碳填充PTFE的轉移膜存在局部破裂(圖8c-d)，填料顆粒可能破壞膜連續性，導致磨損率略高于玻璃纖維增強材料。

5. 材料性能排序與機理

綜合摩擦學性能排序為：PTFE+17%GFR > PTFE+25%青銅 > PTFE+35%C > 純PTFE。這一結果歸因于：

玻璃纖維通過提升機械強度和促進穩定轉移膜形成，實現優耐磨性。

金屬/碳填料雖提高硬度，但可能因與基體界面結合較弱而限制性能提升。

純PTFE的分子鏈易剪切特性導致耐磨性最差，但自潤滑性使其在低載荷下仍具應用價值。