纳米颗粒TiO2和SiO2对碳纤维/超高分子量聚乙烯复合材料力学和摩擦学性能的影响

采用UMT-5型摩擦磨损试验机和万能材料试验机考察TiO_2和SiO_2两种纳米颗粒对碳纤维(CF)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦学性能和力学性能的影响,利用扫描电镜观察复合材料断面形貌和磨痕表面形貌。结果表明:纳米TiO_2和SiO_2的加入可以改善碳纤维与树脂之间的界面结合强度,从而改善了CF/UHMWPE复合材料的力学性能;在3种复合材料中,纳米TiO_2增强复合材料具有最好的耐磨性。纳米TiO_2和SiO_2的加入可以有效地分散碳纤维表面的应力集中,从而可以改善复合材料的耐磨性,使得CF/UHMWPE复合材料的磨损机制由严重的塑性变形变为轻微的塑性变形。     

硫酸钙晶须填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能

以硫酸钙晶须(CSW)作为填料填充改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE),采用热压成型法制备了不同硫酸钙晶须含量的UHMWPE/CSW复合材料;在销-盘摩擦磨损试验机上考察了硫酸钙晶须对UHMWPE/CSW复合材料摩擦学性能的影响,利用扫描电子显微镜对UHMWPE复合材料的磨损表面进行了微观分析。结果表明:随着硫酸钙晶须填充量的增加,复合材料的硬度逐渐增大,耐磨性能逐渐增加,摩擦因数逐渐减小;当硫酸钙晶须填充质量分数为20%时,UHMWPE/CSW复合材料的摩擦学性能最好。     

纳米SiO_2、玻璃微珠共混改性UHMWPE复合材料空蚀性能研究

通过模压成型工艺制备纳米SiO2、玻璃微珠颗粒共混改性UHMWPE复合材料,采用MRH-5A型环块磨损试验机研究载荷以及玻璃微珠含量对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响,利用转盘式空蚀磨损试验装置对复合材料进行空蚀磨损试验。结果表明,适量的纳米SiO2和玻璃微珠颗粒填充可以提高UHMWPE硬度,有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能和抗空蚀性能,质量分数10%纳米SiO2和2%玻璃微珠改性UHMWPE复合材料抗空蚀性能是纯UHM-WPE的3倍。     

碳纤维增强聚酰亚胺在海水润滑下的摩擦学性能

利用MCF-10耐海水腐蚀摩擦磨损试验机考察不同含量碳纤维(CF)增强的聚酰亚胺(PI)聚合物在海水润滑条件下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察磨损表面形貌,分析材料磨损机制。结果显示,CF填料能够有效地提高PI在海水中的耐磨性,其耐磨性能随着CF添加量的增加先上升后下降,当CF体积分数为20%时,PI复合材料的抗磨性能最好,这是因为耐磨性好的CF承担了摩擦过程中的大部分载荷,抑制了PI的磨损;CF的加入增强了PI复合材料对对偶面的刮擦和犁耕作用,导致摩擦因数升高并出现较大幅度的振荡,不同CF添加量的PI复合材料的摩擦因数差不大;纯PI的磨损主要表现为黏着磨损和机械犁耕,CF增强PI的磨损主要是基体的磨粒磨损和填料的磨平和折断。     

纳米粒子和聚四氟乙烯填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能研究

以纳米氧化锌(ZnO)和纳米蒙脱土(MMT)及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-MMT及PTFE填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明当PTFE和MMT的填充量均保持为质量分数6%,填充纳米ZnO质量分数为4%~6%时的复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,与不含纳米ZnO的复合材料相比,其摩擦因数最低下降了11.1%,而磨损率下降了83.3%。当复合填料中纳米ZnO含量较低时,复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损,但当复合填料中纳米ZnO含量较高时,复合材料的磨损机制主要表现不同程度的粘着磨损和磨粒磨损,同时其复合材料的摩擦磨损性能出现了恶化现象。     

填充纳米SiO2对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

用热压成型法制备了纳米SiO2填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌,并借助X射线能谱仪对试样磨损表面进行了微区分析。结果表明:纯UHMWPE磨损表面局部存在着大量的粘着变形和疲劳裂纹的特征,填充15%(质量分数)的纳米SiO2能较好地改善UHMWPE/nano-SiO2复合材料的摩擦磨损性能,其磨损表面只存在粘着撕裂现象,看不到疲劳裂纹特征。当填充纳米SiO2质量分数达到20%时,其磨损表面存在贫Si区和富Si区,同时磨损表面呈现出热裂纹迹象,复合材料的耐磨性能改善程度明显下降,并且摩擦因数出现了增大趋势。     

碳纤维增强PI聚合物在海水润滑下的摩擦学性能研究

利用MCF 10耐海水腐蚀摩擦磨损试验机考察不同含量碳纤维（CF）增强的聚酰亚胺（PI）聚合物在海水润滑条件下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜（SEM）观察磨损表面形貌,分析材料磨损机制。结果显示,CF填料能够有效地提高PI在海水中的耐磨性,其耐磨性能随着CF添加量的增加先上升后下降,当CF体积分数为20%时,PI复合材料的抗磨性能最好,这是因为耐磨性好的CF承担了摩擦过程中的大部分载荷,抑制了PI的磨损;CF的加入增强了PI复合材料对对偶面的刮擦和犁耕作用,导致摩擦因数升高并出现较大幅度的振荡,不同CF添加量的PI复合材料的摩擦因数差不大;纯PI的磨损主要表现为黏着磨损和机械犁耕,CF增强PI的磨损主要是基体的磨粒磨损和填料的磨平和折断。     

石墨及纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学研究

研究了在碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)混杂纤维改性PTFE复合材料中添加石墨(Gr)的力学性能和摩擦磨损性能,探讨纤维及石墨的润滑协同效应.结果表明,纤维填料的加入使得复合材料的拉伸强度和伸长率有所降低,但大大提高了复合材料的硬度,石墨的加入能够降低摩擦因数,提高耐磨损性能.14? 9%GF 2%Gr复合材料具有较好的摩擦磨损性能,磨损表面(SEM)形貌较光滑,改变了纯PTFE的磨损机制,高载荷下耐磨损性能更突出.3种填料在PTFE基体中起到了很好的协同作用,综合性能较优异,具有一定的应用价值.     

Ekonol/石墨/MoS2填料对PTFE力学和摩擦磨损性能的影响

研究了Ekonol含量对Ekonol／石墨／MoS2／P，PTFE复合材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响，以及滑动速度、载荷对材料摩擦磨损性能的影响；用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损后的表面形貌，并探讨了其磨损机制。结果表明：加入填料降低了材料的拉伸强度和弯曲强度，但提高了弯曲模量和硬度；同时填料能提高材料的磨损性能，但使摩擦因数升高了；当Ekonol含量较低时，磨损机制为粘着磨损，随着填料含量的增加，Ekonol分散到基体中，起到了承载作用，阻止了PTFE基体的带状破坏，磨损机制为疲劳磨损和轻微的粘着磨损；摩擦因数随载荷的增大而减小，随滑动速度的增大而增大，在相同的滑动时间内，磨痕宽度随载荷和滑动速度的增大而增大。     

表面改性碳纤维对聚酰亚胺复合材料摩擦学行为的影响

采用硝酸氧化法和涂层复合改性法分别对碳纤维(CF)进行表面改性,并制备CF改性聚酰亚胺(PI)复合材料。考察材料在不同滑动速度和载荷下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌。结果表明:CF与PI基体的界面结合强度对PI复合材料在不同滑动速度下的摩擦磨损性能影响较大,涂层复合处理法比硝酸处理法能更有效提高CF与基体的界面结合强度,提高复合材料在高滑动速度下的摩擦磨损性能。CF的强度是影响复合材料在不同载荷下摩擦磨损性能的主要因素,CF经过表面处理后强度出现不同程度的下降,导致在高载荷条件下复合材料的摩擦磨损性能下较未处理的CF/PI复合材料相比有所下降。     

炭黑/双马来酰亚胺复合材料的性能研究

采用浇铸成型法制备了炭黑填充双马来酰亚胺(BM I-BA)复合材料,研究了炭黑的填充量对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。在M-200型磨损机上测试该复合材料的摩擦学性能,利用扫描电镜(SEM)观察了摩擦副的表面形貌。结果表明:炭黑能够有效提高复合材料的力学性能和摩擦学性能。当炭黑的添加量为4.0wt%时,复合材料的综合力学性能最好;当炭黑的的添加量为6.0wt%时,复合材料的耐磨性能最好。SEM显示复合材料主要是粘着磨损,能在对磨环上形成薄而连续均匀的转移膜,而BM-BA树脂主要发生的是疲劳磨损,并伴有塑性变形。     

Tribological Behavior of Particles and Fiber-Reinforced Hybrid Nanocomposites

This article discusses the mechanical performance of alumina nanoparticles and randomly distributed short glass/carbon fiber-reinforced hybrid composites through microhardness and wear test. The open mold casting method was adapted to prepare the test coupons. The wear and friction behavior of composites sliding against hardened ground EN 32 steel in a pin-on-disc configuration is evaluated on a wear and friction tester. The microhardness properties of the neat epoxy, alumina nanoparticles, and alumina nanoparticle–embedded glass/carbon fiber–reinforced hybrid composites were determined. The morphology of the worn composites was analyzed with a scanning electron microscope. It was found that the particles as fillers contributed significantly to improve the mechanical properties and wear resistance of the polymer composites. This is because the fillers contributed to enhance the bonding strength between the fiber and the epoxy resin. Moreover, the wear and friction resistance of the glass/carbon fiber composites was increased by increasing the filler weight in the composite materials.     

纳米金属粉填充Ekonol/PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

评价了分别用不同体积含量的纳米镍粉和纳米铜粉填充聚苯酯/聚四氟乙烯(Ekonol/PTFE)复合材料体系的力学性能,利用M-200型磨损试验机研究了纳米Ni、纳米Cu含量对Ekonol/PTFE复合材料摩擦学性能的影响,借助扫描电子显微镜和能谱分析手段考察试样磨损表面和磨屑,并探讨其摩擦磨损机制。结果表明,纳米Ni能在一定范围内增加Ekonol/PTFE复合材料的冲击强度;纳米金属粉填入量较小时均能增加复合材料的洛氏硬度。纳米Ni与纳米Cu均能增加Ekonol/PTFE复合材料的摩擦因数并降低磨损率。其原因在于纳米金属粉在复合材料摩擦表面富集,通过金属分子间的吸引作用,增大复合材料的摩擦因数。     

超高分子量聚乙烯/纳米Al2O3复合材料的磨损表面特征分析

用热压成型法制备了纳米氧化铝填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌,并借助X射线能谱仪对试样磨损表面进行了微区分析。结果表明:UHMWPE/nano-A l2O3复合材料中的纳米A l2O3粒子含量不同,其磨损表面的碳元素含量也发生不同程度的变化。填充质量分数为15%的纳米A l2O3能较好地改善UHMWPE/nano-A l2O3复合材料的摩擦磨损性能,其磨损表面出现了明显的贫A l区和富A l区,且富A l区以“岛”的形式分布在贫A l区中。     

聚酰亚胺复合材料与不同金属间干滑动时的摩擦学性能

采用MPX-2000型摩擦磨损试验机研究了聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料在干滑动摩擦条件下与45钢、镍铬合金、铜和铝对磨时的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了复合材料及对偶件的磨损表面形貌。结果表明:复合材料与铝对磨时的摩擦因数和磨损率最低,分别约为与钢摩擦时的43%和49%;摩擦后铝表面形成均匀连续的转移膜,45钢、镍铬合金和铜的表面没有形成有效转移膜,因此复合材料的摩擦因数较大;复合材料与不同金属材料摩擦时的磨损机理主要是粘着磨损与疲劳磨损。     

UHMWPE基水润滑轴承摩擦及润滑特性的试验研究

针对纤维填料改性UHMWPE水润滑轴承的摩擦磨损性能进行研究。在平面摩擦磨损试验机上对玻璃纤维及碳纤维填料对UHMWPE复合材料摩擦性能进行试验,并分析GF-CF-UHMWPE材料与Thordon SXL材料在干摩擦、水润滑工况下的摩擦因数及磨损量。最后,采用径向水润滑轴承试验台对比研究了GF-CF-UHMWPE轴承和Thordon SXL轴承在不同载荷下摩擦因数随转速的变化规律。结果表明:纤维填料能显著增强UHMWPE的减摩性和耐磨性,GF-CF-UHMWPE材料具有更好的耐温性能,线性热膨胀系数也显著减小;GF-CF-UHMWPE轴承具有相同载荷下启动转速低,启动摩擦因数小的特性。     

碳管分散程度对环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能影响

采用浇铸法,制备多壁碳纳米管(MWNTs)/环氧树脂(EP)复合材料,利用M-200摩擦磨损试验机研究了MWNTs含量、分散时间及方式对环氧复合材料摩擦磨损性能影响,通过SEM、TEM分析试样磨损形貌表面、MWNTs分散程度。结果表明:碳纳米管添加量1.5%(质量分数)时,MWNTs/EP复合材料比环氧树脂摩擦因数降低17.8%,磨耗率降低91.7%;加入碳纳米管降低了复合材料粘着磨损与疲劳剥落;延长超声波时间及采用高功率超声波仪器能够有效提高碳纳米管分散程度,提高复合材料摩擦磨损性能。     

Comparative study of micro- and nano-ZnO reinforced UHMWPE composites under dry sliding wear

This is a comparative study between ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) reinforced with micro-zinc oxide (ZnO) and nano-ZnO under different filler loads. These composites were subjected to dry sliding wear test under abrasive conditions. The micro- and nano-ZnO/UHMWPE composites were prepared by using a hot compression mould. The wear and friction behaviours were monitored using a pin-on-disc (POD) test rig. The pin-shaped samples were slid against 400 grit SiC abrasive papers, which were pasted, on the stainless steel disc under dry sliding conditions. The worn surfaces and transfer film formed were observed under the scanning electron microscope (SEM). Experimental results showed that UHMWPE reinforced with micro- and nano-ZnO would improve the wear behaviour. The average coefficient of friction (COF) for both micro- and nano-ZnO/UHMWPE composites were comparable to pure UHMWPE. The weight loss due to wear for nano-ZnO/UHMWPE composites are lower compared to micro-ZnO/UHMWPE and pure UHMWPE. The optimum filler loading of nano-ZnO/UHMWPE composites is found to be at 10 wt%. The worn surface of ZnO/UHMWPE composites shows the wear mechanisms of abrasive and adhesive wear. Upon reinforcement with micro- and nano-ZnO, the abrasive and adhesive wear of worn surfaces transited from rough to smooth.