1、尼龙“及其复合材料干滑动摩擦磨损行为的研究
由上节的分析可知，在SEB S-g-MA橡胶粒子和有机纳米粘土协同增强的尼龙66基纳米复合材料中，PA66+ ( SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料具有较好的耐磨性。本节将尼龙66, PA66/SEBS-g-MA复合材料、PA66/organoclay纳米复合材料与PA66+ ( SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料的摩擦磨损性能进行对比，从而更好的揭示SEBS-g-MA橡胶颗粒、有机纳米粘土及两者共混后对尼龙66复合材料耐磨性的影响。
2、磨损时间的影响
图5-9和图5-10是干摩擦条件下，接触载荷为196N时，尼龙66及其复合材料与调质钢对磨时摩擦系数及磨损质量损失随磨损时间的变化关系曲线。由图5-9可以看出，磨合阶段所有样品的摩擦系数都有不同程度的增加而后逐渐减小，30min后进入稳定阶段，表明摩擦表面己经形成了稳定的转移膜，摩擦系数几乎保持不变。磨合阶段，摩擦系数的增大是由真实接触面积的变化造成的。摩擦初期，对偶间仅有部分微凸体发生了接触，真实接触面积较小，摩擦系数较低;随着摩擦时间的延长，聚合物表面上大部分微突体变形或磨损，真实接触面积迅速增大，摩擦系数急剧上升。其中PA66/organoclay纳米复合材料的摩擦系数甚至要高于纯尼龙66的摩擦系数，而PA66+(SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料的摩擦系数最小。由图5-10可以看出，所有样品的磨损质量损失均随着磨损时间的增加而增大。在给定的实验条件下，纳米橡胶颗粒的加入使得尼龙66基复合材料的磨损质量损失显著降低，而仅有层状结构的有机粘土填充PA66/organoclay纳米复合材料的磨损质量损失增加了近1倍。
3、接触载荷的影响
图5-11所示为磨损时间为120min时，尼龙66及其复合材料的摩擦系数随载荷的变化曲线。可见，干摩擦条件下，尼龙66的摩擦系数随载荷的增加先增大后减小，在98N时达到最大值，这是摩擦表面形成的转移膜的变化引起的。当载荷低于98N时，试样与钢轮接触区内的应力比较小，因而形成的摩擦热也比较小，很难形成均匀、连续的转移膜;随着载荷的增加，摩擦热也逐渐增加，一部分磨屑粘附到钢轮表面形成转移膜，但是此时的转移膜不够连续，因此摩擦系数较大。当接触载荷进一步增加，并高于98N时，更多的磨屑粘附到钢轮表面，逐渐形成了均匀、连续的转移膜，此时两表面间的相互作用就变为聚合物与一层与之相似的材料之间的摩擦，使得基体材料避免与金属摩擦副直接接触，从而降低了材料的摩擦系数。相同载荷下，PA66/organoclay纳米复合材料的摩擦系数要高于纯尼龙66和PA66/SEB S-g-MA复合材料的摩擦系数，而PA66+ ( SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料的摩擦系数低。
图5-12所示为磨损时间为120min时，尼龙66及其复合材料的磨损质量损失随接触载荷的变化。可见，尼龙66及其复合材料的磨损质量损失均随载荷的增加呈持续上升的趋势。显然，接触载荷越大，摩擦界面的热量积累越多，磨损表面的磨损机理发生变化，所以导致磨损质量损失持续上升。其中，PA66+(SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料的磨损质量损失低，而PA66/organoclay的磨损质量损失最高，橡胶颗粒的加入可显著提高复合材料的韧性从而降低了磨损质量损失，而有机纳米粘土却导致复合材料的耐磨性下降。
4、磨损表面形貌分析
图5-13所示为干摩擦条件下，接触载荷为196N，磨损时间为120min时，尼龙66及其复合材料磨损表面形貌的SEM照片。可见纯尼龙66的磨损表面有少量的犁沟而且有明显的熔融流动的迹象，由于尼龙的热导率较低，滑动界面的温度容易达到其熔点，尼龙66的局部熔融导致较高的质量损失(图5-13(a) ) ; PA66+ (SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料的磨损表面比较平整，仅有少量较浅而平行于滑动方向的犁沟产生，此时的磨屑细小并粘附在磨损表面，同时在钢轮表面形成了一层较均匀的转移膜，从而降低了粗糙尖峰的微观切削和犁沟作用，提高了复合材料的耐磨性(图5-13 ( b ; ; PA66/SEBS-g-MA的磨损表面脱落的磨屑发生了严重的塑性变形，形成破碎的片状物粘附在试样表面表明在滑动过程中以粘着磨损为主(图5-13 ( c ) ) ; PA66/organoclay的磨损表面比较粗糙，发生了明显的局部熔融及塑性变形，造成了磨损表面的大面积破坏，有机粘土的加入使得复合材料的耐磨性下降(图5-13 (d> o
图5-14为尼龙66及其复合材料的磨损表面的三维形貌。可以看出，纯尼龙66和PA66/organoclay纳米复合材料的磨损表面比较粗糙，有大量较深的犁沟存在，而加入SEBS-g-MA橡胶颗粒的复合材料的磨损表面相对比较平整，其中PA66+ (SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料的磨损表面最光滑。表5-2为尼龙66及其复合材料的磨损表面形貌参数，即表面平均粗糙度(Ra)和均方根偏差(Rq)的对比数据。可以看出，PA66+ (SEBS-g-MA+organoclay)纳米复合材料磨损表面的平均粗糙度最小，这是由于干摩擦过程中复合材料在钢轮表面形成了均匀连续的转移膜，钢轮表面的凹陷处被转移的材料所填充，导致微突体对复合材料基体的犁削作用减弱，从而使磨损表面比较光滑平整。
