
隨著填充率增加,低石墨含量試樣摩擦系數逐漸降低,填充率為50%時,其摩擦系數小于純PEEK;高石墨含量試樣摩擦系數則明顯增大。
原因在于,填充率增大使試樣表面孔直徑減小、數目增多、排列更密集,孔內填充的環氧樹脂復合材料量減少,而孔內石墨和環氧樹脂比例不變。低石墨含量在小孔內不易爆聚,摩擦時易剝離,磨屑中的微量石墨可有效降低摩擦系數;高含量石墨加入后,大孔內包覆的石墨片層相對運動自由,小孔內因孔徑減小,石墨片層被束縛,與基體界面結合作用強,摩擦時不易剝離。所以,低含量石墨隨孔隙率增大可明顯降低試樣摩擦系數,高含量石墨則相反。由此得出,填充率為20%且石墨含量為10%時,試樣摩擦系數最低。

微觀上,填充率增大使試樣表面更平整。因填充率增加,相同表面積下孔數目增多、排列密集,環氧樹脂復合材料在孔內包覆更緊密,填料與基體界面作用力強,拋光時不易脫出。
從表面形貌看,石墨含量增加,表面磨損嚴重。高含量石墨在拋光時因熱膨脹易從樹脂基體脫落,產生磨屑,導致表面出現大量與拋光方向一致的犁溝。磨斑表面形貌掃描電鏡圖顯示,所有試樣磨痕表面無兩種材料分界線,因低含量石墨對環氧樹脂摩擦磨損性影響小,摩擦時形成潤滑層覆蓋界面。磨痕表面比試樣表面光滑,因拋光后試樣表面有少量石墨碎片,摩擦時起潤滑作用,可降低磨損率。
E828/G復合材料和填充率為20%的試樣磨痕表面出現裂紋,純PEEK和填充率為20%的試樣表面出現磨屑,且20%填充率試樣裂紋出現在填料位置,磨斑形貌相似,磨屑比純PEEK少。這是因為20%填充率表面嵌入的環氧樹脂復合材料多,摩擦時鋼球接觸到的多,其硬度比石墨高,填料更易脫落,脫落的石墨使基材未磨損,磨痕表面出現與E828環氧樹脂復合材料相似的形貌。
隨著填充率增加,試樣表面填料排列密集,摩擦時石墨降低摩擦系數并保護基材,磨損率降低。純PEEK試樣表面有少量磨屑、無犁溝,說明石墨有減磨耐磨作用。高含量石墨使材料剝離程度小,粘附層薄,試樣表面基材與填料分界線明顯,環氧樹脂復合材料表面犁溝減少,因石墨碎片多降低了磨損。填充率增加,磨痕寬度減小,表面光滑無磨屑和裂紋,材料更耐磨,因孔徑減小使PEEK基體材料含量增加,與石墨協同作用降低磨損率。
石墨高含量可有效降低材料摩擦系數,含量增加改善效果更明顯,但石墨片層間π-π鍵共軛作用易使其團聚,導致摩擦系數不會持續降低。石墨含量增加,磨損率減小,因摩擦時碳基面易形成潤滑層,且鋼球表面易形成轉移膜。

“3D打印”,即增材制造,基本原理是將已切片的虛擬數據通過電子束、激光或紫外線等手段,短時間內實現模型高精度制造。零件生產不受特定材料和模具限制,可自由設計各種形狀,滿足個性化定制需求。
隨著增材制造技術發展,已開發多種打印技術,如熔融沉積3D打印(FDM)、立體光刻技術(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)、噴墨打印、數字光處理技術(DLP)等,可滿足消費者一系列需求。基于第二章對FDM打印參數對制件力學性能的研究,FDM打印制件力學性能具各向異性。而SLA和DLP均采用紫外光源,自下而上逐層引發液態光敏樹脂聚合和交聯,可精確構建三維實體,實現產品在任意維度上的高保真度和高分辨率,目前丙烯酸酯和不飽和聚酯樹脂已實現商業化應用。