【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)氧樹脂(EP)基減磨耐磨復(fù)合材料,并通過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,通過對(duì)材料內(nèi)部熱-應(yīng)力耦合場(chǎng)的分析來預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,揭示了樣品在摩擦過程中的減磨耐磨機(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)通過將不同粒徑的脲醛樹脂微膠囊與四乙烯五胺固化劑、E51環(huán)氧樹脂相混合,并在室溫下固化得到不同粒徑的脲醛樹脂微膠囊/EP復(fù)合材料,來探究不同粒徑的微膠囊在不同條件下對(duì)環(huán)氧樹脂基復(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)，而伴隨著摩擦過程的不斷進(jìn)行，粘結(jié)點(diǎn)持續(xù)地形成、斷開，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，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，使其在工作過程中沒有任何噪音[16]。如圖 1.2 所示，PVDF 還可用于制作塑料泵來輸送流動(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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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2672892