碳布增强湿式摩擦材料摩擦学性能及机理研究

摘要

树脂基复合材料作为湿式摩擦材料的重要组成广泛应用于汽车自动变速器、同步器、差速器以及扭矩管理器等方面，随着技术的不断进步，高铁、地铁、大型工程机械、深海石油钻井等的传动/制动系统对树脂基复合材料的工况适应性、传动平稳性以及使用寿命等方面提出了更为苛刻的要求。本文以碳布为增强体，研究了不同改性酚醛和不同对偶材料对碳布增强湿式摩擦材料摩擦学性能的影响，重点研究了水热氧化法改性碳布和微波水热法沉积纳米SiO2改性碳布对摩擦材料的影响。
　　(1)采用硼改性、腰果壳油改性和丁腈橡胶改性酚醛树脂制备了三种碳布增强湿式摩擦材料，并采用热分析仪分析了样品的热降解特性，湿式摩擦试验机测试了样品的摩擦磨损性能，扫描电子显微镜分析了样品的磨损机制。结果表明：由硼改性酚醛树脂制备的碳布增强湿式摩擦材料表现出良好的耐热性，更高的摩擦系数，优异的摩擦稳定性和较低的磨损率。
　　(2)采用水热氧化法在不同水热温度下用浓硝酸处理碳布，详细研究了水热温度对摩擦学性能的影响规律。结果表明：经不同水热氧化温度改性后的碳布表面形貌发生变化，同时出现了大量的羰基基团，碳纤维石墨化程度有所提高，碳布表面亲水性能得到了明显的改善，有效提高了碳布与树脂的粘结强度。水热氧化改性碳布增强湿式摩擦材料在100-120℃表现出最佳的摩擦磨损性能，磨损量分别降低到了未改性样品的34.3％和44.7%。
　　(3)在水热100℃条件下氧化处理碳布的基础上，采用微波水热法，在不同微波水热温度、硅溶胶浓度和微波水热时间下引入纳米 SiO2颗粒，系统研究纳米SiO2对碳布增强湿式摩擦材料的影响。结果表明：纳米SiO2颗粒有效沉积到了碳纤维表面，增加了碳纤维表面的粗糙度和碳布亲水性能，实现了复合材料的多尺度增强。微波水热200℃、硅溶胶浓度9%和微波水热60min条件下沉积纳米SiO2改性碳布增强湿式摩擦材料的摩擦学性能最好，动摩擦系数和摩擦稳定性均有所提高，同时磨损量降低到了未改性样品的20.8%。
　　(4)在水热100℃条件下氧化处理碳布的基础上制备碳布增强湿式摩擦材料，分别与以45＃钢、Cr12钢、不锈钢、铜为对偶材料进行了摩擦磨损性能的测试，研究了不同对偶材料对碳布增强湿式摩擦材料摩擦学性能的影响。结果表明：以铜为对偶材料时，在磨损过程中铜逐渐从对偶面转移到摩擦材料表面，主要以黏着磨损为主，大大降低了对摩擦材料的损伤；以45＃钢为对偶材料时，摩擦材料以磨粒磨损和黏着磨损为主，耐磨性能有所下降；以不锈钢、Cr12为对偶材料时，碳布增强湿式摩擦材料出现大量的纤维断裂现象，磨损机理主要以磨粒磨损为主，导致了较高的磨损。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 湿式摩擦材料的分类

1.3 湿式摩擦材料的国内外研究进展

1.4 碳布增强湿式摩擦材料的研究进展

1.5 碳纤维表面改性的研究进展

1.6 纳米颗粒改性摩擦材料的研究进展

1.7 本论文的主要研究内容及创新点

2 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 碳布增强湿式摩擦材料的制备工艺过程

2.4 分析表征方法

3 树脂改性对碳布增强湿式摩擦材料摩擦学性能的影响

3.1 引言

3.2 碳布增强湿式摩擦材料的制备工艺过程

3.3 不同树脂制备碳布增强湿式摩擦材料的形貌分析

3.4 不同树脂制备碳布增强湿式摩擦材料的热稳定性能分析

3.5 不同树脂制备碳布增强湿式摩擦材料的制动稳定性分析

3.6 不同树脂制备碳布增强湿式摩擦材料的动摩擦系数及其稳定性分析

3.7 不同树脂制备碳布增强湿式摩擦材料的磨损率分析

3.8 本章小结

4 水热氧化温度对碳布增强湿式摩擦材料的影响

4.1 引言

4.2 水热氧化温度改性湿式摩擦材料的制备过程

4.3 水热氧化温度对碳纤维结构的影响

4.4 水热氧化温度对碳布浸润性的影响

4.5 水热氧化温度对湿式摩擦材料摩擦学性能的影响

4.6 本章小结

5 微波水热沉积纳米SiO2改性对碳布增强湿式摩擦材料的影响

5.1 引言

5.2 微波水热沉积纳米SiO2改性湿式摩擦材料的制备过程

5.3 微波水热温度沉积纳米SiO2改性对摩擦材料结构及摩擦学性能的影响

5.4 硅溶胶浓度沉积纳米SiO2改性对摩擦材料结构及摩擦学性能的影响

5.5 微波水热时间沉积纳米SiO2改性对摩擦材料结构及摩擦学性能的影响

5.6 本章小结

6 不同对偶材料对碳布增强湿式摩擦材料的影响

6.1 引言

6.2 碳布增强湿式摩擦材料的制备工艺过程

6.3 不同对偶材料对湿式摩擦材料动摩擦系数的影响分析

6.4 不同对偶材料对湿式摩擦材料磨损量的影响分析

6.5 湿式摩擦材料和对偶材料的磨损形貌分析

6.6 本章小结

7 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

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