【摘要】：現(xiàn)今飛速發(fā)展的制造業(yè)對(duì)復(fù)合材料性能的要求越來(lái)越高,聚合物基復(fù)合材料以其質(zhì)量輕、性能好、易加工等特點(diǎn)正逐漸取代金屬材料成為最具發(fā)展?jié)摿Φ膹?fù)合材料。本文以改善聚合物基復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本為目標(biāo),開(kāi)展了填料改性、耐磨性增強(qiáng)、有限元模擬等基礎(chǔ)性研究,制備了兩種聚偏氟乙烯(PVDF)基、一種環(huán)氧樹(shù)脂(EP)基減磨耐磨復(fù)合材料,并通過(guò)FT-IR、DSC、XRD、TG、SEM等表征手段探究了相關(guān)機(jī)理。此外,本文還運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件建立了新穎的二維模型,通過(guò)對(duì)材料內(nèi)部熱-應(yīng)力耦合場(chǎng)的分析來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,揭示了樣品在摩擦過(guò)程中的減磨耐磨機(jī)理。論文的主要內(nèi)容總結(jié)如下:(1)該實(shí)驗(yàn)以PVDF為基體,硫酸提純過(guò)的硅藻土為增強(qiáng)材料,采用化學(xué)改性和真空浸漬的方法將含有不同形貌改性納米氧化鈰的潤(rùn)滑油注入到硅藻土中,利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和邵氏硬度計(jì)來(lái)探究改性納米氧化鈰/含油硅藻土/PVDF復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能和邵氏硬度,同時(shí)運(yùn)用FT-IR、DSC、TG、XRD、SEM等表征手段來(lái)探究改性情況和相關(guān)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)硬脂酸改性后,硅藻土的吸油能力有了一定提升,棒狀改性納米氧化鈰對(duì)PVDF材料的摩擦學(xué)性能影響較大,而球狀改性納米氧化鈰對(duì)材料的結(jié)晶性和邵氏硬度影響較大。(2)該實(shí)驗(yàn)以PVDF為基體,以聚砜微膠囊和碳纖維為增強(qiáng)材料,采用模壓燒結(jié)、熔融共混的方法制備了微膠囊/PVDF和微膠囊/碳纖維/PVDF復(fù)合材料,探究了微膠囊和碳纖維對(duì)PVDF材料的不同影響。同時(shí)通過(guò)TG和SEM等表征手段了解復(fù)合材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu),在其基礎(chǔ)上首次建立了相應(yīng)的二維模型,并用ANSYS有限元分析軟件輔助探究材料在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的減磨耐磨機(jī)理以及兩種增強(qiáng)材料間的協(xié)同作用,對(duì)今后類似的含有微膠囊和碳纖維的摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)體系起到了一定的啟示作用。(3)通過(guò)將不同粒徑的脲醛樹(shù)脂微膠囊與四乙烯五胺固化劑、E51環(huán)氧樹(shù)脂相混合,并在室溫下固化得到不同粒徑的脲醛樹(shù)脂微膠囊/EP復(fù)合材料,來(lái)探究不同粒徑的微膠囊在不同條件下對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響,同時(shí)運(yùn)用數(shù)值模擬的方法探究了不同粒徑的微膠囊對(duì)基體內(nèi)部熱-應(yīng)力分布的影響。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果都表明在負(fù)載強(qiáng)度不變的情況下,隨著滑動(dòng)速度的增加,樣品的摩擦系數(shù)、磨損率和接觸面溫度都隨之增加,并且粒徑較小的微膠囊更大地提升了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能,而粒徑較大的微膠囊對(duì)模擬結(jié)果的影響也更大。
【圖文】：

這類材料正逐漸變?yōu)槿祟惿鐣?huì)中不可或缺的材料，并且有著廣闊的發(fā)展前景和越來(lái)越高的應(yīng)用價(jià)值。1.1.3 聚合物基復(fù)合材料在摩擦學(xué)中的應(yīng)用材料的磨損形式主要可以分為四種：粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。如圖 1.1 所示，粘著磨損又稱咬合磨損，是由于當(dāng)材料和摩擦副發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，接觸面上存在的局部凸起可能在微小載荷下就超過(guò)了其屈服極限，從而導(dǎo)致材料發(fā)生了塑性形變，致使材料與摩擦副兩側(cè)的原子足夠接近，發(fā)生粘著，形成了粘結(jié)點(diǎn)，而伴隨著摩擦過(guò)程的不斷進(jìn)行，粘結(jié)點(diǎn)持續(xù)地形成、斷開(kāi)，進(jìn)而導(dǎo)致了材料的粘著磨損[8]。磨粒磨損是指在摩擦過(guò)程中，材料表面上具有的堅(jiān)硬粗糙峰或硬質(zhì)顆粒引起了材料的刮削脫落現(xiàn)象。疲勞磨損是指在長(zhǎng)時(shí)間的交變接觸應(yīng)力的作用下，兩個(gè)接觸面會(huì)漸漸產(chǎn)生小塊狀或小片狀的剝落，從而導(dǎo)致了材料的疲勞磨損，宏觀表現(xiàn)在磨損面上出現(xiàn)很多針狀或球狀的凹坑，并且伴有疲勞裂紋的痕跡。腐蝕磨損又被稱為化學(xué)磨損，是指摩擦副與周圍環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而引起的腐蝕現(xiàn)象，在摩擦過(guò)程中，腐蝕性產(chǎn)物通常會(huì)加速脫離材料的表面，不斷將深層次的基體暴露出來(lái)，并繼續(xù)與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)致使更大范圍的腐蝕磨損。

第一章 文獻(xiàn)綜述可浸泡于各種化工液中，并且相比于金屬軸承質(zhì)量較輕，符合當(dāng)今工業(yè)輕量化的設(shè)計(jì)理念，成本也更低，注塑加工的方式適合大批量的生產(chǎn)，由于 PVDF 自身有著一定的減震降噪功能，使其在工作過(guò)程中沒(méi)有任何噪音[16]。如圖 1.2 所示，PVDF 還可用于制作塑料泵來(lái)輸送流動(dòng)或非流動(dòng)物料，其自身優(yōu)異的摩擦學(xué)性能、耐腐蝕性能和耐候性保證了使用壽命，，可以滿足不同的工業(yè)要求和各種極端環(huán)境，并且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)工作噪音小，適用范圍極為廣泛[17]。在今后的摩擦學(xué)領(lǐng)域中，PVDF 復(fù)合材料的高性能化和多功能化將是其研究的重點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317;TB332

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2672892