PTFE/MoS_2改性聚酯纤维织物复合材料摩擦性能

将各种填料加入树脂中,制备环氧树脂和聚氨酯复合材料,将树脂复合材料与聚酯纤维织物复合制备环氧/聚酯纤维织物、聚氨酯/聚酯纤维织物复合材料,采用Amsler摩擦磨损试验机考察复合材料的摩擦磨损性能,采用SEM分析磨损表面形貌,并分析其摩擦机制。结果表明:聚四氟乙烯改善环氧/聚酯纤维织物复合材料摩擦磨损性能,降低其摩擦系数,减小磨损量;MoS_2改善PU/PET复合材料摩擦磨损性能,降低复合材料的摩擦系数,减小磨损量;摩擦试验时方向对聚酯纤维复合材料的干摩擦磨损性能有一定影响,对于粘合性能好的环氧/聚酯纤维织物复合材料,偏轴方向(30°、45°和60°)上具有较低的摩擦系数和磨损率;摩擦试验时方向对酚醛聚酯纤维织物和酚醛棉纤维织物复合材料干摩擦磨损性能也有一定影响,摩擦性能与纤维性能、基体树脂性能及二者粘接性能等因素密切相关。     

纳米碳化硅填充环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

以提高环氧树脂的摩擦磨损性能为目的,研究了纳米碳化硅粒子填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝改性、纳米粒子含量、摩擦条件等对复合材料摩擦学性能的影响。通过对复合材料磨损表面的形貌分析,以及复合材料的热变形性能和表面硬度的测定,探讨了复合材料的磨损机理。结果表明,纳米碳化硅粒子能在很低的含量下提高环氧树脂耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝处理后的纳米碳化硅粒子填充复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比环氧树脂提高近4倍,摩擦系数降低36%。这说明在SiC纳米粒子表面引入聚丙烯酰胺接枝链后,由于界面的强相互作用 ( 包括化学键合与链纠缠),有效地提高了复合材料的抵抗裂纹引发能力等性能,从而有利于改善其摩擦学性能。      

低能载条件下C/C复合材料滑动摩擦磨损性能

采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机测试了针刺碳毡增强C/C复合材料试样在不同载荷和转速条件下的摩擦磨损性能,借助数码显微镜和扫描电镜观察分析了摩擦表面形貌。结果表明:当转速较低时,摩擦系数比较稳定,磨损率随载荷提高而增大;当转速较高时,低载荷试样摩擦系数不大,磨损率有所增加,而高载荷试样的摩擦系数在5分钟左右时出现峰值然后回落并保持稳定,磨损率急剧增加,说明磨损机制发生变化;摩擦面平行于X-Y向的C/C复合材料磨损率较小,具有较好的摩擦磨损性能。     

石墨烯的改性及其环氧树脂基复合材料的摩擦磨损性能

以硅烷偶联剂KH560为表面活性剂对石墨烯进行表面改性,以改性石墨烯为增强体,环氧树脂为基体制备了改性石墨烯/环氧树脂复合材料,研究了改性石墨烯含量、载荷对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂KH560成功嫁接至石墨烯表面;改性石墨烯降低了环氧树脂的磨损量和摩擦系数,且改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损量和摩擦系数随改性石墨烯含量增加均减小,当载荷为150 N、改性石墨烯含量为0.5%时,复合材料的磨损量和摩擦系数分别降低了44.9%和17.4%;随着载荷增加,改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损量和摩擦系数均减小;低载荷下,纯环氧树脂及改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损形式主要为疲劳磨损,改性石墨烯能抑制微裂纹的产生及扩展;载荷增加后,纯环氧树脂及改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损形式主要为磨粒磨损,且复合材料磨损表面的犁沟相对较少。     

改性纳米Si_3N_4/环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

研究纳米氮化硅粒子(Si3N4)填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝共聚改性、粒子含量对复合材料摩擦磨损性能的影响。通过对复合材料磨损表面的粗糙度及形貌分析探讨复合材料的磨损机理。结果表明,纳米氮化硅粒子能在很低的含量下(0.18%(体积分数,下同))显著提高环氧树脂的耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝共聚改性的纳米Si3N4粒子填充的复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比Si3N4/EP提高3倍,摩擦系数降低20%。这说明,在Si3N4纳米粒子表面进行接枝共聚后,有利于加强粒子与基体的界面结合,从而改善复合材料的摩擦学性能。     

化学气相沉积碳／碳复合材料摩擦学行为研究

研究了化学气相沉积碳／碳（Ｃ／Ｃ）复合材料的摩擦磨损性能。全尺寸Ｃ／Ｃ复合材料刹车盘在不同的比压、能载、环境条件下试验结果表明：Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦系数随着比压、能载的增大以及环境湿度的提高而减小。Ｃ／Ｃ复合材料具有良好的自润滑性能，磨损率仅为９．５×１０－４ｍｍ／面·次。其磨损是由机械磨损和氧化磨损共同作用的结果，氧化磨损为根本原因。     

Cu/碳石墨机械密封复合材料的制备与性能

以石墨、高碳、铜粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,经机械混捏、冷压成型、加热固化制备Cu/碳石墨机械密封复合材料。研究了铜粉含量、成型压力对Cu/碳石墨复合材料微观组织、体积密度、肖氏硬度的影响。并利用HT-600高温摩擦磨损试验机测试了Cu/碳石墨复合材料的摩擦磨损性能,借助金相显微镜观察其磨损形貌。结果表明:随着铜粉含量的增加,成型压力的增大,复合材料的体积密度、肖氏硬度逐渐提高,摩擦系数逐渐减小。当铜粉含量为25%、成型压力为15MPa时,体积密度达到1.92g/cm3,肖氏硬度达到90.0HS,摩擦系数最小为0.17,材料的综合性能最佳。     

Ni-Al基自润滑复合材料的制备及其摩擦学性能

本文采用粉末冶金的方法制备了Ni-Al基自润滑复合材料并研究了烧结温度对复合材料的机械及摩擦性能的影响,同时讨论了复合材料在不同试验条件下的摩擦磨损性能。结果表明,烧结温度越高,复合材料的致密性和显微硬度越高,摩擦性能也越稳定。在摩擦磨损试验过程中,试验载荷和频率对复合材料的摩擦性能也有一定影响,在其它参数不变的情况下,载荷越大,自润滑材料的摩擦系数越小;频率越大,材料的摩擦系数越大。加入5wt.%鳞片状石墨后,Ni-Al复合材料的硬度明显降低,摩擦系数在室温和600℃有不同程度的降低。     

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm~3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm~3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。     

碳/碳复合飞机刹车材料低能摩擦性能研究

研究了碳/碳(简称C/C)复合飞机刹车材料在低能载条件下的摩擦磨损性能,分析了刹车力矩与刹车速度之间关系曲线,探讨了C/C复合材料因能载变化出现摩擦系数最大值的根本原因.结果表明:随着刹车比压增加,摩擦系数最大值下降;低能条件下C/C复合材料摩擦面较粗糙,磨损率约为正常能载下的两倍.     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维-碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料摩擦磨损性能

以超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)-碳纤维(CF)三维混杂编织体为增强体,环氧树脂(ER)为基体,通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织混杂复合材料,研究了其摩擦磨损性能了,并采用混合正压力模型对摩擦系数进行了预测。结果表明,在纤维总体积含量一定的情况下,随着CF体积含量的增加,复合材料的摩擦系数增大,而其比磨损率降低。UH_3D/ER复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,CF_3D/ER复合材料则以磨粒磨损为主,混杂复合材料的磨损机制主要取决于CF与UHMWPE纤维的相对含量 ,通过调节UHMWPE纤维和CF的体积比例可实现对复合材料摩擦磨损性能的有效调控。采用的计算模型可较好地预测UH_3D/ER的摩擦系数。     

三维编织复合材料在润滑条件下的摩擦性能

利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织炭纤维/环氧(C3D/EP)复合材料.采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了该材料润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

SiO2-竹纤维协同改性对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了提高环氧树脂（EP）基复合材料的摩擦磨损性能,制备低成本耐磨材料,选用纳米SiO₂粒子和竹纤维（BF）等作为填料,制备了纳米SiO₂-BF/EP复合材料。通过摩擦磨损测试仪、动态热机械分析仪和SEM研究了纳米粒子和纤维对复合材料的耐磨性能、热学性能及微观结构的影响。研究结果表明:单独加入BF后,BF/EP复合材料的体积磨损较同条件下的纯EP大幅度降低,最多可降低71%;同时加入SiO₂纳米粒子和BF后,对纳米SiO₂-BF/EP复合材料的玻璃化转变温度和体积磨损影响显著,玻璃化转变温度比纯EP提高了11℃,达到了124℃,体积磨损较同条件下的纯EP下降了约75.3%。      

润滑条件下三维编织炭复合材料的摩擦学特性

采用MM-200型摩擦磨损试验机研究了润滑条件下三维编织炭/环氧复合材料的摩擦磨损性能,探讨了载荷及滑动速度等外界因素的影响;并采用XL30 ESEM电子显微镜观察磨损表面形貌,分析了其磨损机理.结果表明,润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦,且磨合期较短;随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数和比磨损率降低,但滑动速度对摩擦磨损性能的影响很小;润滑条件下的磨损机理主要是磨粒磨损.     

Effect of oxygen plasma-treated carbon fibers on the tribological behavior of oil-absorbed carbon/epoxy woven composites

In this study, woven type carbon fibers were plasma-treated using oxygen gas, and the effect of the plasma treatment on tribological behavior of oil-absorbed carbon/epoxy woven composites was investigated. Chemical changes on the surface of the woven carbon fibers due to oxygen plasma treatment were determined by XPS analysis. Ball-on-disk wear tests were performed on untreated and plasma-treated carbon/epoxy woven composites that were fully oil absorbed. It was found that carbonyl functional groups were created on the carbon fibers due to oxygen-plasma treatment. In addition, the friction coefficient and wear rate of the plasma-treated carbon/epoxy composites were lower than that of untreated carbon/epoxy composites. SEM examination of the worn surface showed that the improved wear properties of the plasma-treated carbon/epoxy composites were attributed to enhanced adhesive strength, caused by the carbonyl functional groups between the carbon fibers and epoxy.     

钛酸钾晶须-玻璃纤维/苯并噁嗪混杂复合材料的摩擦磨损性能

利用六钛酸钾晶须（K₂O·6TiO₂）对苯并噁嗪（BOZ）树脂及玻璃纤维/苯并噁嗪（GF/BOZ）复合材料的摩擦磨损性能进行改性,分析了K₂O·6TiO₂/BOZ复合材料以及K₂O·6TiO₂-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦磨损性能以及改性机理。结果表明:因K₂O·6TiO₂的加入,K₂O·6TiO₂/BOZ复合材料以及K₂O·6TiO₂-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦系数和比磨损率较纯BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的明显降低。K₂O·6TiO₂显著减轻了BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的摩擦粘着状况,使摩擦系数降低,同时磨粒磨损情况也大为减轻。GF/BOZ复合材料在摩擦过程中摩擦应力通过率先破坏GF和BOZ树脂的界面,进而诱发破坏GF束内、GF束间和层间BOZ树脂,使得GF/BOZ复合材料的摩擦系数比BOZ树脂降低,但比磨损率较BOZ树脂升高,而K₂O·6TiO₂的加入,使K₂O·6TiO₂-GF/BOZ混杂复合材料的比磨损率有效降低。BOZ树脂、GF/BOZ、K₂O·6TiO₂-GF/BOZ 3种材料的摩擦系数和比磨损率分别为0.34和0.66×10-6 mm3·（N·m）-1,0.19和1.2×10-6 mm3·（N·m）-1,0.09和0.69×10-6 mm3·（N·m）-1。      

Surface damage of unidirectional carbon fiber reinforced epoxy composites under reciprocating sliding in ambient air

For many technical applications friction and wear are critical issues. Reinforced polymer-matrix composites are widely used under vibrating contact condition in various automotive and aerospace applications as well as in structural engineering. In this paper, the friction and wear of bulk epoxy and unidirectional carbon fiber reinforced epoxy composite have been investigated under reciprocating sliding against either alumina or stainless steel balls in ambient air. The effect of sliding direction with respect to the long and unidirectional carbon fibers has been studied. We demonstrate that the carbon fiber reinforcement greatly improves the tribological properties of the thermoset epoxy: it reduces the coefficient of friction and the debris formation. It was found that on sliding in the anti-parallel direction a more significant degradation takes place than in the parallel direction. The coefficient of friction measured on bulk epoxy sliding against either stainless steel or alumina is around 0.65, whereas the coefficient of friction measured on epoxy reinforced with carbon fibers is significantly lower, namely down to 0.11. It was found that sliding with a stainless steel ball in a direction parallel to the fiber orientation results in a lower coefficient of friction than sliding in anti-parallel direction. The reduced coefficient of friction is largely influenced by the carbon fiber reinforcement due to the auto-protecting film formed as a paste in the contact area and along the wear track edges. The relationship between friction and degradation of the composite material including surface wear and debris formation are discussed based on an in-depth analysis of the worn surfaces by optical and scanning electron microscopy, micro-Raman spectroscopy, and white light interferometry.     

硼酸铝晶须/双马来酰亚胺树脂摩擦磨损性能

研究了不同偶联剂及硼酸铝晶须添加量对硼酸铝晶须/双马来酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果发现,硼酸铝晶须能有效地提高复合材料的耐磨性,晶须的加入使材料的磨损率明显降低;偶联剂对材料摩擦磨损性能的影响不明显;体系中添加硼酸铝晶须后随摩擦时间的延长复合材料的摩擦系数呈增大趋势。当晶须含量较小时摩擦机制主要是轻微的粘着磨损和疲劳磨损,当晶须含量大于8%时,疲劳磨损占主导地位,同时伴有粘着磨损和磨粒磨损。      

碳纤维/环氧树脂脉管自润滑复合材料的制备及摩擦性能

以聚乳酸（PLA）为前驱体,碳纤维（CF）为增强体,通过经纬编织成PLA-CF复合纤维织物;以环氧树脂（EP）为基体,甲基硅油为润滑介质,采用前驱体蒸发（VaSC）技术和真空浸油方式分别制备了脉管自润滑环氧树脂（VAEP）材料和CF/VAEP复合材料。利用SEM对CF/VAEP复合材料的断面、摩擦面和对偶面形貌进行表征,以万能材料试验机和高速环块摩擦磨损试验机对CF/VAEP复合材料的力学和摩擦学性能进行了测试。结果表明:脉管结构和CF提升了EP的润滑性能和力学性能。当径向脉管密度为8孔/10 mm时,VAEP的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了67.95%和85.71%;当径向脉管密度为8孔/10 mm,CF经纬丝束比为8/4时,CF/VAEP复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量比相同径向脉管密度的VAEP分别提高了203.33%、44.16%、325.78%、311.37%。