碳纳米管/丁腈橡胶复合材料力学及摩擦性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,从分子水平研究碳纳米管(CNTs)增强丁腈橡胶(NBR)复合材料的力学性能及摩擦学性能。运用恒应变法计算材料的力学性能,分别建立纯NBR和CNTs/NBR复合材料的3层模型,并对顶层和底层的铁摩擦副施加剪切载荷,研究材料的摩擦学性能。研究结果表明：在摩擦过程中,由于CNTs表面存在很强的吸附力,抑制了NBR分子链的迁移率,使得CNTs和聚合物分子链间的相互作用增强;CNTs/NBR复合材料具有更高的致密性以及更强的结构,从而表现出了比纯NBR更加优异的力学和摩擦学性能。     

纳米Si_3N_4和玻璃纤维混杂增强PA6复合材料的力学性能和摩擦学性能研究

采用注塑成型法制备纳米Si3N4和玻璃纤维混杂填充PA6尼龙复合材料,对PA6复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究.采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机制.结果表明:纳米Si3N4和玻璃纤维混杂填料能使PA6复合材料的拉伸强度和表面硬度增大.纳米Si3N4和玻璃纤维混杂可以显著改善尼龙复合材料的摩擦学性能,以3% Si3N4的耐磨减摩性最好.     

纳米SiO_2/GF/PA6复合材料力学性能和摩擦学性能研究

采用注塑成型法制备纳米SiO2和玻璃纤维混杂填充PA6尼龙复合材料,对PA6复合材料的力学性能和摩擦学性能进行实验研究,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机制。结果表明:纳米SiO2和玻璃纤维混杂填料能使PA6复合材料的拉伸强度和表面硬度增大,可以显著改善尼龙复合材料的摩擦学性能,以5%SiO2-20%GF材料的耐磨减摩性最好;纯PA6的磨损以黏着和犁削为主;当载荷较低时,复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的磨粒磨损,但当载荷较高时,复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的疲劳磨损。     

PTFE对纤维增强尼龙66材料摩擦学性能的影响

考察了玻璃纤维（GF）增强尼龙66复合材料的摩擦磨损性能,以及PTFE对复合材料摩擦学性能的影响,利用扫描电镜分析了磨损形貌。结果表明：15％GF增强尼龙复合材料的摩擦学性能改善不明显,而且磨损量高于纯尼龙;加入PTFE在摩擦过程中形成了转移膜,降低了玻璃纤维增强尼龙复合材料的摩擦磨损,改善了其摩擦学性能。     

含石墨烯聚α-烯烃合成基础油的摩擦学行为分子动力学模拟

为探究聚α-烯烃链长和石墨烯添加剂对聚α-烯烃(PAO)合成基础油摩擦性能的影响,采用分子动力学方法研究不同结构的PAO的摩擦学性能,分析PAO分子链长及石墨烯质量分数对润滑油与摩擦副接触面间的剪切应力、范德华能以及油膜厚度的影响。结果表明:石墨烯可以增加润滑油与摩擦副接触面间的范德华能,从而吸附更多润滑油分子,增加油膜厚度,降低剪切应力,提升润滑油减摩效果,且可使范德华能的变化更加平稳,提升润滑油吸附的稳定性;石墨烯对不同链长PAO的影响不同,对于短链PAO,石墨烯较低时就能起到很好的减摩效果,且减摩效果更加明显;而对于长链PAO,石墨烯含量较高时才能起到减摩效果。     

玻璃微珠填充改性含油铸型尼龙的摩擦学和热性能

以玻璃微珠为填料制备了玻璃微珠填充改性含油铸型尼龙复合材料,研究了复合材料的摩擦争性能和热性能。结果表明：加入玻璃微珠的复合材料的摩擦因数降低,耐磨性提高,其磨损行为主要是粘着磨损和磨粒磨损;该复合材料的热变形温度有所降低,但线膨胀系数减小。     

含纳米氧化锌丁腈橡胶摩擦学行为的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法研究纳米氧化锌改善丁腈橡胶摩擦学行为的微观机制,考察纳米氧化锌增强丁腈橡胶的原子运动速度、剪切动力学与摩擦因数。结果表明:在剪切条件下,纳米氧化锌增强丁腈橡胶分子链段沿剪切方向分布完整连续,纳米氧化锌的存在提高了丁腈橡胶分子链的刚性;纳米氧化锌增强丁腈橡胶上下摩擦界面的原子运动速度峰值分别比纯丁腈橡胶材料的低11.8%与37.1%,说明纳米氧化锌的存在限制了胶料摩擦表面原子的热力学运动,减小了胶料摩擦剪切变形的程度;与纯丁腈橡胶材料相比,纳米氧化锌增强丁腈橡胶具有更低的摩擦因数,纳米氧化锌的存在增强了橡胶分子链的结合力,提高了胶料抵御剪切变形的能力,改善了胶料的摩擦学性能。     

粉煤灰增强树脂基复合材料力学性能和摩擦学性能的研究

采用热压成型的方法制备了掺粉煤灰的树脂基复合材料,并对该复合材料的力学性能、断面显微结构及摩擦学性能进行研究.结果表明:掺入粉煤灰后,树脂基复合材料的各项力学性能均变好,其摩擦学性能符合GB5764-98的要求,并随粉煤灰掺量的增加,摩擦因数稳定性增加,磨损率减小,热稳定性增加.扫描电镜分析表明:掺粉煤灰改性后的树脂基复合材料内部孔隙率减少,密实度增加;粉煤灰能促进摩擦表面摩擦膜的产生,从而有效地改善了复合材料的摩擦学性能.     

石墨烯复合硫化丁苯橡胶摩擦学性能模拟分析

建立硫化丁苯橡胶和石墨烯复合硫化丁苯橡胶两种材料的分子动力学模型,分析石墨烯复合硫化丁苯橡胶的摩擦学性能,研究石墨烯和硫化交联共同作用对丁苯橡胶摩擦特性的影响。结果表明,石墨烯的引入能够降低丁苯橡胶分子链的活动性,提高硫化丁苯橡胶的刚性,阻止橡胶原子向摩擦界面移动,降低摩擦界面处的温度,减缓橡胶机械性能的恶化,从而提高硫化丁苯橡胶的抗剪切性能和摩擦特性。     

碳纳米管添加剂摩擦学性能研究及机制探讨

运用四球摩擦磨损试验机,考察了碳纳米管作为某商品润滑油添加剂的摩擦磨损性能,采用光学显微镜对磨斑直径进行测量评定,用扫描电子显微镜对磨斑的表面形貌进行观察分析,并对碳纳米管的抗磨与润滑机制进行探讨。结果表明:碳纳米管作为润滑油添加剂表现出优良的减摩抗磨性能,在质量分数为0.012 5%~0.050%时,润滑油的抗磨性能显著提高,摩擦因数减小最大达28%,磨斑直径减小达30%;进一步实验研究表明碳纳米管添加剂对润滑油的抗磨性能作用在低载荷下更加显著。     

碳纳米管在润滑脂中的摩擦学性能及机制研究

以碳纳米管为添加剂制备锂基润滑脂,并探究碳纳米管含量、管径及管长对其摩擦学性能的影响。结果表明:碳纳米管可明显提高润滑脂的摩擦学性能;随碳纳米管质量分数的增加,润滑脂的摩擦学性能先提高后下降,碳纳米管质量分数为0.05%时润滑脂的摩擦学性能最佳;添加管径小、管长大的碳纳米管时润滑脂表现出更优秀的摩擦学性能,这是因为管径小、管长大的碳纳米管可能更容易被填充到表面微凸体的凹槽中。磨斑XPS结果显示,润滑膜中有氧化铁及碳纳米管的存在,氧化铁与碳纳米管等边界膜起到减摩抗磨的作用。     

油酸修饰碳纳米管及其摩擦性能的研究

采用超声和回流的方法制备了油酸修饰多壁碳纳米管,并采用MPX-2000型摩擦实验机研究了油酸修饰多壁碳纳米管作为润滑油添加剂的摩擦学行为。结果表明,制备的油酸修饰多壁碳纳米管具有较小的长径比,且在润滑油中具有很好的分散稳定性;油酸修饰多壁碳纳米管能有效提高基础油的减摩抗磨能力,且比硬脂酸修饰多壁碳纳米管具有更优异的减摩抗磨能力。     

类金刚石膜生长特性的分子动力学模拟

类金刚石膜(Diamond-like Carbon,DLC)的沉积过程直接影响着薄膜分子结构,从而决定着最终薄膜的物理化学特性。采用分子动力学模拟的方法,计算了以C原子为沉积物,在50eV和100eV入射能量下制备无氢DLC膜的动力学过程,详细考察了不同生长阶段表面生成膜的生长特性。通过比较,模拟结果观察到并揭示出在一定的入射能量冲击下,基体表面薄膜的一种新的点—链—网成长过程及薄膜形成机制。同时发现,随着入射能量的增加,基底的逃逸原子数亦相应增加,基底原子向表面薄膜的扩散和渗透距离变长,薄膜密度在入射能量较高时,变化数量及趋势基本一致。     

聚四氟乙烯碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料的摩擦学性能

研究了不同含量PTFE碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能,并分析了在干摩擦和水润滑条件下的磨损表面形貌和磨损机制。结果表明:添加质量分数10%~15%PTFE的复合材料体系机械性能最佳,随PTFE含量的增加,复合材料的摩擦因数下降,而磨损率呈上升趋势。水润滑下,摩擦因数和磨损率比干摩擦下都有相应的降低。干摩擦下,材料的磨损主要以塑性变形、微观破裂及破碎为主;水润滑下,这一机制明显减弱,主要表现为微切削形态。     

碳纳米管直径对丁腈橡胶复合材料性能影响的分子模拟

利用分子动力学模拟研究碳纳米管(CNTs)直径改变时对丁腈橡胶(NBR)基体力学及摩擦学性能的影响。采用恒应变法考察不同复合材料模型的力学性能,结果表明复合材料力学性能随着NBR基体中CNTs直径增大呈现先增加后减小的趋势。剪切模拟结果表明,剪切后复合材料基体中分子链发生了不同程度的断裂,出现了聚合物分子链向摩擦界面聚集的现象,其中较大直径CNTs增强NBR复合材料中分子链相对完整连续,摩擦学性能改善效果更好。较大直径CNTs对NBR基体具有显著的增强效果,限制了NBR分子链的活动能力,更多的分子链聚集在CNTs周围,复合材料体系致密性及稳定性提高,从而改善了CNTs/NBR复合材料力学及摩擦学性能。其中直径(6,6)CNTs增强NBR复合材料具有更高的剪切模量,力学性能优异,表现出了更好的摩擦磨损性能。     

Study on Tribological Properties of Multi-walled Carbon Nanotubes/Epoxy Resin Nanocomposites

Multi-walled carbon nanotubes/epoxy resin (MWNTs/EP) nanocomposites with different MWNTs contents have been prepared successfully. The influence of MWNTs on the friction and wear behaviors of the nanocomposites was investigated by a friction and wear tester under dry-sliding contact conditions. The relative humidity of the air was about 50±10%. Contrast to pure EP, MWNTs/EP nanocomposites showed not only higher wear resistance but also smaller friction coefficient. MWNTs could dramatically reduce the friction and improve the wear resistance behaviors of the nanocomposites. The mechanisms of the significant improvements on the tribological properties of the MWNTs/EP nanocomposites were also discussed.     

碳纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦磨损性能及磨损机理研究

以注塑成型法制备了尼龙1010及碳纤维(CF)增强尼龙1010复合材料，研究了CF含量和载荷对材料摩擦学性能和磨损机制的影响。结果表明，CF的加入可显著改善尼龙的摩擦学性能，以体积分数为20％的CF增强尼龙1010复合材料的耐磨性能最好。较低的CF含量下复合材料磨损表面主要受到对偶钢环上微凸峰的切削和犁沟作用，较高载荷时发生了热疲劳剥层磨损；随着CF含量增加，复合材料表面在较高载荷时产生明显疲劳断裂，并使对偶钢环产生较剧烈磨损。     

端面密封材料S-07不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

为探究端面密封材料S-07不锈钢在不同参数下的摩擦学行为,构建纳米尺度下S-07不锈钢的摩擦磨损模型,以对偶件的压入深度和滑动速度作为变量,研究S-07不锈钢表面摩擦学性能及形貌变化。结果表明：随着摩擦相对滑动速度的增加(50、100、150 m/s),S-07不锈钢磨损表面粗糙度降低;随着对偶件压入深度(0.3、0.6、0.9 nm)的增大,摩擦因数呈上升趋势;磨损量随压入深度增大而增大,随滑动速度上升呈下降趋势。在微观尺度上,从位错、塑性变形等角度解释了在不同磨损条件下S-07不锈钢性能变化的原因,为该材料适用摩擦工况的选择提供了理论参考。     

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺的力学性能和摩擦磨损性能

用电子万能试验机和摩擦磨损试验机考察了短切碳纤维(CF)增强热塑性聚酰亚胺(PI)复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,并通过扫描电镜(SEM)观察磨损面微观形貌,从而确定其主要磨损机理。结果表明:短切碳纤维可以提高复合材料的抗压强度,但对抗拉强度和抗弯强度的增强效果不明显,而冲击强度会有所下降。适量碳纤维的加入可以有效改善材料的摩擦磨损性能,其中10%碳纤维填充PI摩擦因数为0.12,仅为纯PI的44.4%,但随CF含量进一步增大(最大达到30%),摩擦因数趋于稳定;材料磨损率随CF加入下降了一个数量级,其中10%CF填充PI的磨损率最低,为1.83×10-8cm3.N-1.m-1。低含量碳纤维复合材料磨损机理以粘着磨损为主,而高含量时主要是磨粒磨损。