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。     

碳纳米管手性影响丁腈橡胶性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法,分别建立手性指数为(5,5)、(6,4)、(9,0)的3种碳纳米管/丁腈橡胶(CNTs/NBR)复合材料模型,通过恒应力法和剪切行为模拟方法,研究了CNTs手性指数对NBR基体力学性能和摩擦学性能的影响。研究结果表明：手性指数为(6,4)的螺旋型CNTs/NBR复合材料具有更高的弹性模量和拉伸强度,更低的磨损量、摩擦因数、界面摩擦温度,抵抗弹性变形能力和耐磨性能更佳。     

聚酰亚胺填充丁腈橡胶复合材料的研究

研究了聚酰亚胺对丁腈橡胶的填充改性，对聚酰亚胺填充的丁腈橡胶复合材料的物理机构性能进行了研究，利用栓－盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料的摩擦学特性。结果表明，聚酰亚胺的填充可明显提高丁腈橡胶胶复合材料的物理机械性能，并且显著改善其摩擦学性能，聚酰亚胺的填充存在一最佳值。     

碳纳米管表面镀覆对碳纳米管-银复合材料性能的影响

研究了碳纳米管的表面镀覆处理对复合材料性能的影响，结果表明，碳纳米管经过化学镀银处理后用于制造复合材料，可以改善碳纳米管在金属基体中的分散性，提高复合材料的界面结合力，提高复合材料的硬度、导电性、抗弯强度。断口分析表明，碳纳米管未进行化学镀时，由于碳纳米管-银的弱界面结合，使碳纳米管拔出长度较长，在碳纳米管经化学镀后，由于改善了碳纳米管-银的界面结合状态，使碳纳米管拔出长度较短。     

碳纳米管对丁苯橡胶摩擦学性能的影响研究

碳纳米管作为填料,可以有效提高橡胶材料的摩擦学性能.采用分子动力学模拟方法研究碳纳米管对丁苯橡胶摩擦学性能的影响.在研究中,建立纯丁苯橡胶和碳纳米管丁苯橡胶两个无定型模型,优化橡胶分子内部构象.为分析摩擦学性能,建立铁原子层对摩副摩擦模型,对铁原子层施加一定的速度实现滑动摩擦.研究结果显示,纯丁苯橡胶的摩擦因数为0.7...     

碳纳米管/聚乳酸复合材料的制备与性能

用熔融共混的方法制备了碳纳米管(CNTs)/聚乳酸(PLA)复合材料,观察了其球晶形貌和断面形貌,并研究了不同配比的CNTs/PLA复合材料的结晶性能和水解性能。结果表明:CNTs可以作为异相成核剂提高PLA的结晶速率和结晶度,CNTs质量分数为1%时,复合材料的结晶度达到44.9%,CNTs能够在基体中均匀分散;CNTs质量分数小于1%时,断面呈中间层破形貌;随CNTs含量增多,复合材料的球晶直径变大;CNTs能降低PLA的水解速率。     

碳纳米管对天然橡胶复合材料高频动态性能的影响

以0.5份(每100质量份天然橡胶中添加的质量份)碳纳米管(CNTs)替换基础配方中不同份数(0,2,4,6,8)炭黑制备天然橡胶复合材料,研究了碳纳米管对天然橡胶复合材料静态力学性能和高频动态性能的影响。结果表明：随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料的硬度降低,拉伸强度先升后降再升,断裂伸长率先降再增,100%定伸应力先增后降;用0.5份替换2份炭黑后的复合材料的综合静态力学性能最佳,此时拉伸强度和100%定伸应力均最大,分别比未用CNTs替换炭黑的复合材料提升13.52%和8.47%。随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料动刚度均方根呈先减后增的趋势,替换2份炭黑后的复合材料动刚度均方根最小,比未用CNTs替换炭黑复合材料的动刚度均方根降低了12.94%,此时复合材料具有最好的高频动态性能,拉伸强度和定伸应力与高频动态性能正相关,断裂伸长率和硬度与高频动态性能的相关度不显著。     

溶剂对碳纳米管/环氧树脂复合材料力热性能的影响

制备了碳纳米管／环氧树脂复合材料，分析了分散碳纳米管的溶剂对复合材料热学，力学行为的影响。溶剂效应由大到小依次为DMF，乙醇和丙酮，与三种溶剂的沸点顺序一致。溶剂效应被认为是未挥发完全的残留溶剂对环氧树脂固化反应的影响，从而导致了固化机理的不同。FTIR通过对比不同溶剂分散的复合材料的分子结构，证明了溶剂效应与复合材料中未反应完的环氧树脂及固化反应的完全程度有关，因而导致了不同的热、力学行为。     

二硫化钼/丁腈橡胶热氧老化及摩擦性能模拟研究

为研究二硫化钼(2H-MoS₂)对抗氧剂4020和丁腈橡胶(NBR)复合材料热氧老化及摩擦学性能的影响,采用分子动力学(MD)模拟分别建立4020/NBR和MoS₂/4020/NBR复合材料的模型,分析不同温度下2H-MoS₂对热氧老化性能、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明：添加MoS₂后,复合材料的相容性、稳定性和热氧老化性能均得到有效提高,力学性能也得到明显提升,即使在398 K高温下,复合材料也能表现出优异的热氧老化性能和力学性能;与4020/NBR复合材料相比,MoS₂/4020/NBR复合材料在298、398 K温度下的摩擦因数分别减小了约30%和25%,磨损率减小了5%和7%,表明MoS₂可以有效提高NBR复合材料的摩擦学性能。     

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。     

碳纳米管及石墨烯协同增强尼龙6摩擦学性能的分子动力学模拟

为研究碳纳米管（CNT）和石墨烯片(GNS)协同增强尼龙6（PA6）复合材料摩擦学及力学性能的微观机制,利用分子动力学方法模拟PA6及其复合材料的拉伸过程及摩擦学行为,分析CNT、GNS对PA6复合材料力学及摩擦学性能的影响。建立Fe原子与纯PA6和PA6/ CNT、PA6/GNS、PA6/GNS/CNT复合材料组成的摩擦学模型,并对模型进行几何优化、退火及动力学平衡,通过对Fe原子施加0.2 GPa应力及0.01 nm/ps速度进行摩擦模拟。研究结果发现,PA6/GNS/CNT复合材料摩擦因数在所有材料中最低为0.252;相比其他3种材料,PA6/GNS/CNT复合材料的抗剪切性能最好,且弹性模量及剪切模量均有提高。通过对比分析4种材料的径向分布函数、摩擦界面温度、材料总势能揭示了CNT和GNS协同增强PA6摩擦学及力学性能的作用机制,指出加入的CNT/GNS通过范德华及静电力作用降低了PA6与Fe原子摩擦副之间的相互作用,此外一维CNT与二维GNS通过π-π堆叠杂化作用形成了3D杂交堆叠体系,协同增强了PA6的摩擦学性能。     

碳纳米管基膨润土润滑脂的制备及摩擦学性能研究

为制备摩擦学性能优良的多壁碳纳米管基膨润土润滑脂,采用油酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行修饰,在实验室自主设计的超声辅助球磨试验装置上,制备在PAO6中均匀稳定分散的多壁碳纳米管悬浮液,并以悬浮液为基础油制备MWCNTs增强的膨润土润滑脂。探讨不同分散方法(球磨分散、超声分散、超声和球磨分散)对多壁碳纳米管分散稳定性的影响,研究润滑脂的摩擦因数、磨斑直径随多壁碳纳米管质量分数的变化。实验结果表明:经油酸修饰的多壁碳纳米管在超声和球磨综合作用下分散稳定性最好;随多壁碳纳米管质量分数的增加,膨润土润滑脂的摩擦因数、磨斑直径先减小后增大,其中多壁碳纳米管质量分数为0.03%时,所制备的膨润土润滑脂摩擦学性能最佳,磨斑直径最小(0.690 mm),比美孚28号航空润滑脂(符合美国军方规格MIL-G81322C,磨斑直径0.807 mm)降低了14.5%。     

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。     

碳纤维粉增强氟橡胶复合材料摩擦学性能研究

采用液相氧化法对碳纤维进行不同时间表面刻蚀,利用扫描电镜分析碳纤维的表观形貌;采用开炼共混和平板硫化方法制备改性后碳纤维/氟橡胶复合材料,研究改性碳纤维用量对复合材料硫化特征、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着氧化时间的增加,碳纤维表面沟槽纹路变深变宽,从而与橡胶基体有更好的界面结合性;随着碳纤维用量的增加,复合材料交联密度增大,而拉伸性能降低;碳纤维的加入使复合材料摩擦磨损性能明显提高,最高可使材料摩擦因数降低近45%,耐磨性提高近1倍;经过表面改性的碳纤维能使复合材料的摩擦因数和磨损率更低,耐磨性能更好。     

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.     

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。