塑料的磨損類別與機理(1)

　　—、粘著磨損

　　粘著磨損是在塑料表面與對磨面間真實接觸區域內，在界面上緊靠塑料的一側發生塑料微凸體斷裂，小片塑料從本體材料上被斯裂下來，粘附在對磨面上，形成轉移膜與依附模，或形成自由摩損屑。

　　摩擦表面靜接觸時，實際接觸區域內，兩表面粘接在一起。當摩擦時，這些粘接點被剪切。剪切不一定正好發生在界面上，這就發生使一方材料損失的現象。同時，表面上的微凸峰在摩擦過程中相互碰撞，產生強烈的局部過熱，因而形成冷焊點。這些冷焊點受剪切時，較軟材料上的微凸峰脫離基體。以上這些材料損失的現象而粘著磨損。當塑料與金屬對磨時，由于局部過熱面變軟了的塑料粘附于金屬表面上，產生粘著磨損。

　　一般來說，摩擦副形成粘結點時，剪切發生的部位有以下四種類型：

　　1)粘結點的強度比兩面基體的都弱，剪切正好發生在實際接觸的界面上，這樣，兩面磨損都極微。
　　2)粘結點的強度比一面的強，剪切通常就發生在這一面的表層內。這類磨損可能是嚴重的。
　　3)若粘結點的強度比兩面的都強，剪切將發生在較弱一面的表層內。這時，較弱一面磨損大，較強一面也受損傷，但較輕微。
　　4)兩對摩件的材料相同。這時，粘結點與兩表面都是同一材料，但結點因變彭、熔接等硬化，剪切強度也顯著地提高。所以剪切很少可能正好發生在界面上，而是在界面兩側的基體表層，這就使得兩對摩表面損傷都會很大。

　　在討論金屬的粘著時說過，當弱金屬A與強金屬B接觸時，產生的結合鍵將比B的弱而比A的強，是兩者的平均值，滑動中發生的剪切將在A表層內，這就使得金屬A轉移給了B。就因粘著而磨損。B也并不因為A的轉移而使表面物質增加或受到保護，同樣要產生磨損。這是由于粘附物因在幾何形狀、結構與性質等方面的原因，不能牢固地存在B上，當這些粘附物脫離時，不可避免地要使B受到損傷。

　　至于塑料，不論是塑料在較硬的金屬上滑動，還是金屬在塑料上滑動，較軟的塑料表面都發生損傷，也就是發生較軟材料向較硬材料上的轉移。這是因為髙分子材料的剪切強度與金屬的相差達百倍以上，剪切自然主要發生在高分子物質這一面。

　　聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等為無定形聚合物，聚丙烯為半結晶聚合物。它們在低速下、在清潔而光滑的表面上（例如在玻璃或精加工過的不銹鋼上）滑動時，其界面上的粘著作用是強烈的，但并不像在同種聚合物上那么強。所以，即使摩擦相當高，也不會有很多聚合物轉移到對摩面上。但由于局部疲勞，會在界面上出現一些碎屑。如果溫度升髙，塑料本體強度下降，甚至小于界面剪切強度，則會有塑料的團塊轉移到對摩面上去，造成塑料產重磨損。通常塑料在玻璃化溫度附近會出現這種現象。因此，相對滑動速度過高會產生髙熱而加速塑料的磨損。

　　有很多塑料在玻璃化轉變溫度以下是脆性的。在這類塑料上，那怕只加以單純的垂直負荷，就可能使每個真實接觸區域處產生張應力，并且引發分布在塑料表面上的裂紋。這類行為屬于斷裂力學討論的范疇。而這時如果有滑動，在表面間又有某種程度的粘著，在表面上增大了的張應力，就會大大地促進裂紋的生成。如果用潤滑劑來降低摩擦，一般可以減小表面生成裂紋的危險，減小了磨損。但要是潤滑液具有活性應力-腐蝕劑作用，反而更壞，而許多液體都既是有效的潤滑劑，又是活性應力-腐蝕劑。

　　以上討論的都是金屬表面與本體在性質上完全一樣的情況，是一種理想情況。實際的金屬摩擦件表面通常都覆蓋著氧化膜。

　　氧化膜內部的結合大都是共價鍵，十分強。而氧化膜之間的結合，部分屬于范德華力，部分屬于離子鍵，還有部分屬于其它類型的結合。除非接觸區域的溫度高到足以使兩物體間形成化學鍵結合，或者發生顯著的相互擴散的程度，這些界面鍵總比本體內的鍵弱，所以當這種表面相互滑動時，剪切趨向于發生在界面上。氧化膜脆而硬，易于開裂及脫落，使金屬表面產生材料損失。

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