改性碳纤维粉/氟橡胶复合材料摩擦学性能研究

摘要

本论文将表面改性碳纤维添加到氟橡胶基体中，主要研究碳纤维的不同用量及不同改性方式对氟橡胶复合材料力学性能、压缩永久变形性能及摩擦磨损性能的影响。 首先，为提高碳纤维与氟橡胶基体的界面结合性，采用液相氧化法对碳纤维（CF）进行不同时间表面刻蚀，采用扫描电镜分析（SEM）碳纤维的表观形貌；采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对酸氧化的碳纤维进行表面有机改性。利用能谱分析仪（EDS）分析改性前后碳纤维表面主要成分变化，采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析改性前后碳纤维表面官能团的变化。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，氧化时间为4h时，刻蚀程度达到最佳；KH570成功接枝到碳纤维表面。 其次，对氟橡胶复合材料配方进行设计，采用开炼共混和平板硫化方法制备碳纤维/氟橡胶复合材料。采用M2000-A型无转子硫化仪、邵氏硬度计、GMT-4104型微机控制电子万能试验机及压缩永久变形试验装置分别测试碳纤维不同用量及不同改性方式对氟橡胶复合材料硫化性能、硬度及力学性能的影响。结果表明，碳纤维的加入可提高氟橡胶复合材料的交联反应速率，缩短硫化时间，提高硬度及压缩永久变形性能，用量在10phr时综合性能最佳，且同等用量下偶联剂改性碳纤维氟橡胶复合材料综合性能最好；但复合材料拉伸性能有所下降。 最后，采用MWA-1万能立式摩擦磨损试验机研究氟橡胶复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。分别研究了不同配方、不同载荷及不同转速下测试样的摩擦系数及磨损率。采用SEM对氟橡胶复合材料的摩损表面进行形貌表征，分析碳纤维氟橡胶复合材料的摩擦磨损机理。结果表明，碳纤维的添加可以提高氟橡胶复合材料的耐磨性能，偶联剂改性后的碳纤维使氟橡胶耐磨性能最高提升1.2倍。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 橡胶的摩擦

§1.3 橡胶的摩损

§1.4 影响橡胶摩擦磨损的因素

1.拉伸强度

2.硬度

3.载荷

4. 滑动速度

5.温度

6.表面粗糙度

§1.5 实验主要材料概况

§1.5.1氟橡胶

§1.5.2短纤维类填料简介

§1.6 课题的提出和研究内容

§1.6.1课题的提出

§1.6.2研究内容

第二章 碳纤维表面改性工艺

§2.1 实验部分

§2.1.1实验原料与仪器

§2.1.2 实验工艺及流程图

§2.1.3 碳纤维表面处理机理

§2.1.4 表征方法

§2.2 结果与讨论

§2.2.1微观形貌分析

§2.2.2 表面化学特性

§2.3 本章小结

第三章 酸改性碳纤维/氟橡胶复合材料摩擦磨损性能研究

§3.1 实验部分

§3.1.1主要原料与仪器

§3.1.2 基本配方

§3.1.3 酸改性碳纤维/氟橡胶复合材料制备工艺

§3.1.4 性能表征

§3.2 结果与讨论

§3.2.1复合材料硫化特性

§3.2.2复合材料力学性能

§3.2.3复合材料压缩永久变形性能

§3.2.4复合材料摩擦磨损性能

§3.3 本章小结

第四章 有机改性碳纤维/氟橡胶复合材料摩擦磨损性研究

§4.1 实验部分

§4.1.1主要原料与仪器

§4.1.2 基本配方

§4.1.3碳纤维/氟橡胶复合材料制备工艺和表征方法

§4.2 结果与讨论

§4.2.1碳纤维/氟橡胶复合材料硫化特性

§4.2.2碳纤维/氟橡胶复合材料力学性能

§4.2.3复合材料压缩永久变形性能

§4.2.4碳纤维/氟橡胶复合材料摩擦磨损性能

§4.2.5载荷对复合材料摩擦磨损性能的影响

§4.2.5转速对复合材料摩擦磨损性能的影响

§4.3 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果