脉管自润滑碳纤维/聚合物复合材料的制备及摩擦学性能研究

摘要

本论文以聚乳酸（PLA）纤维为前驱体，碳纤维（CF）为补强体，通过经纬编织得到聚乳酸纤维-碳纤维（PLA-CF）复合纤维织物，通过浇筑成型、前驱体蒸发（VaSC）、真空浸油方式将甲基硅油液体润滑油填充于脉管网络中，制备得到脉管自润滑聚合物以及脉管自润滑碳纤维/聚合物复合材料。研究了脉管密度、碳纤维（CF）含量对复合材料摩擦学性能和力学性能的影响，考察脉管润滑的机制。结果表明： 对于脉管自润滑复合材料，通过对磨过程中脉管自润滑聚合物脉管壁材的磨损，释放的润滑剂在摩擦表面产生连续润滑膜，对材料起到减摩抗磨作用，并且随经向脉管密度的增大，脉管自润滑聚合物的摩擦学性能提高。当经向脉管密度为8孔/10mm时，脉管自润滑聚氨酯（8VAPU）和脉管自润滑环氧树脂（8VAEP）摩擦性能趋于平稳，8VAPU平均摩擦系数、体积磨损率与纯聚氨酯比较，分别降低了88.51%和82.22%，8VAEP平均摩擦系数、体积磨损率比纯EP分别降低了67.95%和85.71%；当经向脉管密度达到10孔/10mm时，脉管自润滑有机硅树脂（10VASI）的摩擦学性能趋于平稳，其平均摩擦系数和体积磨损率较纯SI分别降低了77.69%、78.40%。但脉管的存在削弱基体材料强度，导致聚合物材料力学性能（强度/模量）下降。 采用经纬编织得到聚乳酸纤维-碳纤维（PLA-CF）复合纤维织物，进而得到碳纤维补强的脉管自润滑聚合物复合材料，在改善了基体材料摩擦学性能的同时，保持或提高了材料的力学性能。与纯环氧树脂相比,8CF/8VAEP复合材料的摩擦系数和体积磨损率分别降低了51.28%和81.14%,且复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高了23.49%和126.22%；8CF/VASI10复合材料摩擦系数和体积磨损率较纯有机硅树脂分别降低了54.01%和52.19%，同时复合材料的拉伸强度提高了63.91%。脉管自润滑碳纤维/聚合物复合材料既具有优异的自润滑性能又具有较高的力学性能。优异的自润滑性能是由于脉管壁材磨损释放出的润滑油使摩擦由干摩擦转变为边界摩擦；高强度、高模量的CF可以有效的分散应力，改善了脉管自润滑碳纤维/聚合物复合材料的力学性能。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 前言

1.2 多孔聚合物复合材料中的研究进展

1.2.1“Top-Down”策略在多孔聚合物复合材料中的应用

1.2.2“Bottom-Up”策略在多孔聚合物复合材料中的应用

1.3 脉管在聚合物复合材料中的研究进展

1.4 碳纤维在聚合物复合材料中的润滑研究

1.5.1 课题的研究目的和意义

1.5.2 研究内容

第 2 章脉管自润滑聚氨酯复合材料制备及摩擦学性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂与主要实验仪器

2.2.2 脉管前驱体的制备

2.2.3 脉管自润滑聚氨酯复合材料的制备

2.2.4 材料性能表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 脉管复合材料微观结构表征

2.3.2 脉管自润滑聚氨酯复合材料力学性能

2.3.3 脉管自润滑聚氨酯复合材料的摩擦学性能

2.4 本章小结

第 3 章 碳纤维/环氧树脂脉管自润滑复合材料的制备及其摩擦学性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与主要实验仪器

3.2.2 性能表征

3.2.3 脉管前驱复合织物构筑

3.2.4 VAEP与CF/VAEP复合材料的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 VAEP与CF/VAEP脉管仿生复合材料微观形貌

3.3.2 环氧树脂复合材料的热稳定性能

3.3.3 VAEP及CF/VAEP复合材料的摩擦学性能

3.3.4 VAEP及CF/VAEP复合材料的力学性能

3.3.5 VAEP及CF/VAEP复合材料的磨损形貌

3.4 本章小结

第 4 章 脉管自润滑碳纤维/有机硅树脂复合材料的制备及其摩擦学性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂与主要实验仪器

4.2.2 性能表征

4.2.3 脉管前驱复合织物的制备

4.2.4 脉管自润滑碳纤维/有机硅树脂复合材料的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 脉管自润滑碳纤维/有机硅树脂复合材料的断面形貌

4.3.2 有机硅树脂复合材料的热稳定性

4.3.3 脉管自润滑碳纤维/有机硅树脂复合材料的力学性能

4.3.4 脉管自润滑碳纤维/有机硅树脂复合材料的摩擦学性能

4.3.5 转速与载荷对复合材料摩擦学性能的影响

4.3.6 脉管自润滑碳纤维/有机硅树脂复合材料的磨损机理及自润滑机制研究

4.4 本章小结

第 5 章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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