熱可塑性複合材料の鋼、真鍮、アルミニウム表面での摩耗比較

熱可塑性複合材料と鋼の摩耗試験

プラスチックと金属の相互作用を理解するため、AISI 1141冷間圧延鋼を対向面材として熱可塑性複合材料との組み合わせで制御試験を実施しました。驚くべきことに、最も滑らかな金属仕上げ（8〜12 µin）が複合材料に最も高い摩耗を生じさせ、これは接着変形摩擦によって引き起こされていました。12〜16 µinの範囲が最も低い摩耗係数を示し、50〜70 µinの表面ではほとんどの複合材料で中間的な値となりました。非強化配合は異なる挙動を示しました。

PTFE潤滑ガラス繊維強化ポリカーボネートのみが、鋼対向面の表面粗さを増加させました。他のすべての複合材料は表面粗さを最大8分の1まで低減させましたが、金属表面はすべての試験で一貫して粗くなりました。

摩耗挙動

熱可塑性複合材料のステンレス鋼および真鍮対向面に対する摩耗挙動を、2つの粗さレベルで調査しました。予想通り、SUS304ステンレス鋼の表面粗さを8〜16 µinから50〜70 µinに増加させると、すべての複合材料で摩耗係数が上昇しました。興味深いことに、対応する摩擦係数は金属粗さの増加とともに減少しました。

摩耗係数

摩耗係数と摩擦係数は、一般的にSUS440ステンレス鋼の方がSUS304よりも高くなりました。SUS440合金の摩耗が高いのは、使用中に加工硬化が起こらないためと考えられます。8〜16 µinの真鍮表面と組み合わせた場合、摩耗係数はステンレス鋼と同等でしたが、ガラス繊維または炭素繊維強化複合材料と組み合わせると、真鍮は最大80倍の摩耗率を示しました。PTFE潤滑ナイロン6/6とそのアラミド繊維変種は、真鍮に対して極めて低い摩耗を達成しましたが、一部のケースではステンレス鋼対向面の4倍の表面粗さを生じさせました。

アルミニウム合金2024対向面はより狭い許容範囲を提供し、複合材料に対して一貫して許容可能な摩耗係数をもたらしました。最適な仕上げは12〜16 µinで、最も低い摩耗を生み出しました。

PTFE潤滑材料の性能

PTFE潤滑非強化ナイロン6/6とそのアラミド繊維強化対応材は、すべてのアルミニウム組み合わせの中で最も低い摩耗率を示しました。それでも、複合材料のアルミニウムに対する摩耗係数は、鋼、ステンレス鋼、真鍮に対するものより高いままでした。すべての熱可塑性複合材料がリン青銅対向面で過度の摩耗を被りましたが、2つのPTFE潤滑配合材と組み合わせた場合を除きます。

フッ素ポリマー系複合材料の摩耗挙動

黒鉛粉末、コークス粉、ミルドガラス繊維などの無機充填剤を含むフッ素ポリマー複合材料は、鋼よりもアルミニウムに対して高い摩耗を示しました。逆に、青銅とMoS₂を相乗的に配合したPTFE複合材料は、鋼よりもアルミニウムで低い摩耗を達成しました。PPS、ポリオキシベンゾエート、芳香族強化ポリマー（ARP）などの有機充填剤を含むPTFE複合材料は、両金属で同等の摩耗と表面粗さを示しました。すべてのフッ素ポリマー変種において、摩擦係数はアルミニウムの方が鋼よりも高くなりました。

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