人工关节滑液的摩擦学性能及摩擦化学研究

采用小牛血清和0.9%NaCl生理盐水配制了关节滑液,在四球摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,并用X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面膜的元素组成和化学状态.结果表明:生理盐水的减摩抗磨性能较差,而小牛血清具有优异的减摩抗磨性能;滑液的减摩抗磨性能随小牛血清体积分数增加而逐步提高;滑液具有优良减摩抗磨性能的原因在于,血清在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成由蛋白质吸附膜、CaCO3沉积膜以及FePO4化学反应膜等组成的边界润滑膜.     

均三嗪荒氨酸衍生物添加剂在菜籽油中的摩擦学性能研究

合成了一系列具有不同烷基结构的均三嗪荒氨酸衍生物,采用热重分析对其热稳定性进行了评价,利用四球摩擦磨损试验考察了合成衍生物添加剂在菜籽油中的摩擦学性能。结果表明,这一类添加剂可以大幅度提高菜籽油的极压性能,但是其抗磨减摩作用并不明显。     

N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系

合成了不同链长的N/P无卤素离子液体(NPILs:缩写为NP-11114，NP-11116，NP-11118)润滑剂，以聚α-烯烃(PAO 10)和卤素离子液体1-辛基3-甲基咪唑六氟磷酸盐(L-P 108)作为参照样，评价NPILs、PAO 10及L-P 108之间黏温性能、热稳定性以及室温和高温条件下的钢/钢摩擦副润滑剂的性能差异，探索了NPILs阳离子链长变化对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律. 结果表明:NPILs的黏度高于PAO 10和L-P 108，热分解温度低于PAO 10和L-P 108，NPILs黏度和热分解温度随着链长的增加而增加. 作为钢/钢摩擦副的润滑剂时，NPILs室温状态下减摩性能不及L-P108，但是NP-11118的抗磨性能优于L-P108；高温状态下，NPILs的减摩抗磨性能均优于L-P 108. 在常温和高温下NPILs相比PAO 10均具有优异的减摩抗磨性能，而且摩擦学性能随着烷基链长的增加而提高. 通过对磨斑表面进行扫描电镜分析证明这类离子液体具有优异的抗磨性能，通过EDS和XPS对磨斑表面的元素进行分析结果表明这类离子液体优异的摩擦学性能归因于离子液体结构中包含的N、P元素与金属基底发生摩擦化学反应所形成的具有优异减摩抗磨特性的摩擦化学反应膜.      

氟代二酮的摩擦学特性及抗磨机理研究

采用Optimal SRV型微动摩擦磨损试验机评价了氟代二酮作为润滑油及其添加剂的摩擦学性能，并通过钢盘磨损表面的X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析探讨了氟代二酮的减摩抗磨作用机理．结果表明，氟代二酮的摩擦学性能受其化学结构和试验载荷的影响；烷基芳基二酮的抗磨效果最好；摩擦过程中氟代二酮在摩擦副表面发生了摩擦化学反应，形成了由化学反应膜和吸附膜构成的边界润滑膜，从而起到减摩抗磨作用．     

凹凸棒石增强聚酰亚胺复合材料的干摩擦性能研究

本文中研究制备了聚酰亚胺(PI)多元纳米复合材料，系统考察了多元纳米复合材料在干摩擦条件下的摩擦学性能，并通过扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(ATR-FTIR)和拉曼光谱(Raman)对转移膜的微观形貌和化学成分进行系统分析.摩擦学试验结果表明，与传统碳纤维/石墨(CF/Gr)增强的聚酰亚胺复合材料相比，凹凸棒石(ATP)增强的聚酰亚胺多元纳米复合材料具有更佳的减摩抗磨性，其磨损率降低约69%.结果分析表明在摩擦热和摩擦应力作用下，ATP的摩擦化学产物MgO、SiO_x和Al₂O₃与PI分子链段以及石墨碳在摩擦界面发生摩擦烧结，在金属对偶表面形成含有陶瓷微晶的高质量转移膜，显著提升PI复合材料在干摩擦条件下的减摩抗磨性能.本研究为制备耐高温和长寿命高端摩擦部件提供研究基础.     

电磁场作用下菜籽油的摩擦学性能研究

使用改进后的四球摩擦磨损试验机考察了不同电磁场强度和不同载荷条件下菜籽油的摩擦学性能,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨斑的表面形貌及表面典型元素的化学状态,并对摩擦学机理进行了初步探讨.结果表明:在所考察的工况下,电磁场有利于改善菜籽油的抗磨减摩性能,其强度越大,对菜籽油抗磨减摩性能的改善效果越好;电磁场通过促进吸附膜的吸附作用和O元素与金属表面作用,有利于在磨斑表面生成更厚、更致密的摩擦化学反应膜,从而增强了菜籽油的抗磨减摩性能;不同强度的电磁场可能会改变长链菜籽油分子在摩擦界面的吸附形态而影响其减摩性能.     

3D打印多孔热固性聚酰亚胺含油复合材料

以氯化钠(NaCl)作为致孔剂与流变性能调节剂,碳纤维(CF)作为增强填料与流变性能调节剂,苯乙炔基封端聚酰胺酸溶液(PAA)作为基体树脂,配制适用于直书写3D打印的复合墨水,室温下打印成形后经热固化处理和NaCl刻蚀去除后制备了多孔热固性聚酰亚胺/碳纤维(TSPI/CF)复合材料. 研究表明:NaCl与CF对复合墨水的流变学性能具有好的调节作用;打印制备的TSPI/CF复合材料具有低的各向同性尺寸收缩和优异的耐热性能,且耐热性能随着CF含量的增加而提高;CF含量升高,TSPI/CF复合材料的孔隙率提高,平均孔径降低,力学性能增强;多孔TSPI/CF复合材料表现出优异的储油、出油性能以及浸油摩擦学性能.      

纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响

采用爆炸法合成了超精细金刚石颗粒 ,将金刚石颗粒按一定质量分数分散于普通发动机润滑油 (15W/30 )中形成固 -液二相体系 ,考察了其摩擦学特性 ,并分析了润滑剂的减摩抗磨作用机理 .结果表明 ,在边界润滑条件下 ,由于纳米尺寸效应 ,超精细金刚石颗粒较易渗透到摩擦副表面并形成极薄的固体润滑膜 ,从而使得金刚石颗粒 /发动机润滑油固 -液二相体系表现出优异的承载能力和减摩抗磨性能     

含硫和磷的苯并三氮唑衍生物作为菜籽油添加剂的摩擦学性能研究

利用四球摩擦磨损试验机考察了一种含硫和磷的苯并三氮唑衍生物 BDDP作为菜籽油添加剂的摩擦学性能 ,在热重分析仪上考察了其热稳定性能 ,并通过钢球磨损表面的 X射线光电子能谱分析探讨了其在菜籽油中的减摩抗磨和极压作用机理 .结果表明 ,所合成的添加剂具有较高的热稳定性和很高的承载能力 ,可以明显改善菜籽油的抗磨性能 ,是一种潜在的可生物降解润滑油添加剂     

聚异丁烯基丁二酰钼添加剂的摩擦学特性研究

用四球摩擦磨损试验机考察了聚异丁烯基丁二酰钼(MoPIBS)在26^#白油中的摩擦学性能，探讨了其同硫系添加剂的复配效果，并用Auger电子能谱仪和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面边界膜的化学组成和元素分布．结果表明：在边界润滑条件下，MoPIBS作为润滑油添加剂具有良好的抗磨和减摩性能，并能在一定程度上提高基础油的承载能力；MoPIBS与硫系添加剂复配时表现出较好的协同极压和减摩作用，但抗磨性能变化不大。MoPIBS在磨损表面形成主要由MoO3和含氧有机物组成的边界膜，MoPIBS／硫系复配添加剂则在磨损表面形成含MoS2和FeS的边界膜，这是添加剂具有优异摩擦学性能的主要原因．     

不同分子量和交联密度对形状记忆聚酰亚胺摩擦学性能的影响机制研究

近年来由于形状记忆聚合物(SMPs)对热、光、磁和电等外界刺激的自主响应能力，其作为智能润滑材料引起广泛的关注. 本研究中以3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)、4，4’-二氨基联苯醚(ODA)和三聚氰胺为前驱体，制备了一系列不同分子量(M_n)的热塑性(TPIs)和不同交联密度(d)的热固性(CPIs)形状记忆聚酰亚胺，并采用球盘式往复摩擦试验机表征材料的摩擦学性能. 结果表明:两类聚合物不仅具有不同的磨损机制，且随着分子量M_n的增加和交联剂的引入，材料的摩擦系数和体积磨损率显著降低；此外，摩擦过程中局部摩擦热诱发线性聚酰亚胺的局部形状记忆效应，从而在一定程度上增加摩擦系数和磨损率，但热固性聚酰亚胺受材料形状记忆效应的影响相对较小.      

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料摩擦学行为及机理研究

将氧化石墨烯(GO)原位引入4.4′-二氨基二苯醚(ODA)和3.3′,4.4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)制备的聚酰亚胺中，得到氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料. 利用扫描电镜、红外光谱仪、高温同步热分析仪、万能试验机以及纳米划痕仪对所制备材料的形貌、组成以及热力学性能进行表征；利用多功能摩擦磨损试验机对比考察聚酰亚胺和氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能. 结果表明:氧化石墨烯的加入显著提高了聚酰亚胺的模量和硬度；当GO的质量分数为0.1%和0.3%，复合材料的摩擦学性能较好. 研究发现，摩擦过程中金属对偶表面形成的转移膜对聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能起重要作用.      

聚合物粘结剂PVP、PAM和PVA结构与性能的分子动力学研究

在粉末打印骨支架的工艺中,粘结剂的性质是影响骨支架质量的关键因素。采用分子动力学的模拟方法对三种常用高分子粘结剂的体系进行了构建和模拟,从微观分子层面研究了聚合物粘结剂PVP,PAM和PVA的部分性质,比如密度、内聚能及力学性能,并对三种粘结剂的性能参数进行了比较,对其内在关系进行了揭示。此外,还通过建立粘结剂与羟基磷灰石的界面相互作用模型,对三种粘结剂与羟基磷灰石的界面结合能进行了计算和比较,分析了影响高聚物粘结特性的根本原因。这一工作不仅对常用粘结剂的基本性质进行了预估,而且对骨支架粉末粘结工艺中粘结剂的选择提供了理论依据。     

聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能

为了探讨聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能及其作用机理,采用MHK-500型摩擦磨损试验机对聚酰亚胺粘结MoS2基固体润滑涂层在4种油介质(RP-3煤油、SG 15W-40机油、0＃柴油和液体石蜡)中的摩擦磨损性能进行了评价,并对其机理进行了初步的探讨.结果表明：与干摩擦相比,涂层在此4种油介质中的摩擦学性能均得到显著提高,其中涂层在柴油介质中的抗磨性能的提高最为突出;同种油介质中,涂层在高速(2.56 m/s)、低载(1 120 N)下的耐磨性明显优于低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的耐磨性;在低速(1.54 m/s)、高载(2 120 N)下的煤油介质中,涂层表面的物理状态在摩擦过程中的变化最终导致涂层摩擦系数的起伏和较大的磨损率.     

Comparison of Flow and Transport Experiments on 3D Printed Micromodels with Direct Numerical Simulations

Understanding pore-scale flow and transport processes is important for understanding flow and transport within rocks on a larger scale. Flow experiments on small-scale micromodels can be used to experimentally investigate pore-scale flow. Current manufacturing methods of micromodels are costly and time consuming. 3D printing is an alternative method for the production of micromodels. We have been able to visualise small-scale, single-phase flow and transport processes within a 3D printed micromodel using a custom-built visualisation cell. Results have been compared with the same experiments run on a micromodel with the same geometry made from polymethyl methacrylate (PMMA, also known as Perspex). Numerical simulations of the experiments indicate that differences in experimental results between the 3D printed micromodel and the Perspex micromodel may be due to variability in print geometry and surface properties between the samples. 3D printing technology looks promising as a micromodel manufacturing method; however, further work is needed to improve the accuracy and quality of 3D printed models in terms of geometry and surface roughness.

     

聚酰亚胺复合材料与不同对偶材料滑动摩擦磨损性能

本文考察了碳纤维（CF）和固体润滑剂（LW）填充热塑性聚酰亚胺（TPI）复合材料与45^#钢、镍铬合金以及铜对摩时的摩擦磨损性能,利用SEM和光学显微镜观察磨损表面形貌.研究表明：与硬度高的钢和镍铬合金摩擦时,由于CF的增强和承载作用降低了材料的摩擦系数与磨损率,LW的加入增强了转移膜与对偶面间的结合力,进一步降低TPI的摩擦系数;与较软的铜摩擦时,由于铜偶件存在较大磨损,破坏了转移膜的稳定性,TPI及其复合材料的摩擦性能较差;TPI与钢和镍铬合金摩擦时以黏着磨损为主,与铜摩擦时以磨粒磨损为主.薄而均匀的转移膜有利于摩擦系数与磨损率的降低.     

3D打印石膏试件力学性质实验

3D打印技术目前已广泛应用在医疗、航空、汽车、建筑等领域,文中做了3D打印技术在岩石力学领域的应用尝试.利用3D打印技术制作两种类型的石膏试件进行实验室单轴压缩试验.实验表明:3D打印技术可以快速、精确、灵活地制作出所需复杂尺寸的试件;打印石膏试件密度较低;3D打印石膏试件具有强度低和塑性强的特性;简单标准试件的力学性质具有可重复性,含裂纹试件力学性质差异较大;含裂纹试件的制作尚存在技术上的困难.     

Correction to: Time and Space Fractional Diffusion in Finite Systems

Additive manufacturing technology, or 3D printing, with silica sand has enabled the manufacture of porous rock analogues for the use in experimental studies of geomechanical properties of reservoir rocks. The accurate modelling of the fluid flow phenomena within a reservoir and improving the performance of hydrocarbon recovery require an understanding of physical and chemical interactions of the reservoir fluids and the rock matrix. Therefore, for the 3D printed samples to serve as rock analogues, flow properties have to be equivalent to the petrophysical properties of their natural counterparts, such as Berea sandstone. In this study, sandstones that were 3D printed with silica sand and Poly-Furfuryl alcohol (PFA) binder, were used to investigate interactions between porous media with different fluids. Wettability preference of 3D printed samples was characterized through contact angle measurements, as well as co-current and counter-current spontaneous imbibition experiments. Results indicated that 3D printed sandstones had mixed-wet characteristics due to the high preference of silica grains for polar fluids and the affinity PFA binder to the oleic phase. Printing configurations including binder saturation were found to greatly influence the wettability preference of the 3D printed analogue rocks as higher PFA concentrations resulted in more strongly oil-wet preferences. Efforts to optimize the printing process and challenges to control the wettability preferences of the 3D printed samples are also highlighted.

     

Complicated deformation simulating on temperature-driven 4D printed bilayer structures based on reduced bilayer plate model

The four-dimensional (4D) printing technology, as a combination of additive manufacturing and smart materials, has attracted increasing research interest in recent years. The bilayer structures printed with smart materials using this technology can realize complicated deformation under some special stimuli due to the material properties. The deformation prediction of bilayer structures can make the design process more rapid and thus is of great importance. However, the previous works on deformation prediction of bilayer structures rarely study the complicated deformations or the influence of the printing process on deformation. Thus, this paper proposes a new method to predict the complicated deformations of temperature-sensitive 4D printed bilayer structures, in particular to the bilayer structures based on temperature-driven shape-memory polymers (SMPs) and fabricated using the fused deposition modeling (FDM) technology. The programming process to the material during printing is revealed and considered in the simulation model. Simulation results are compared with experiments to verify the validity of the method. The advantages of this method are stable convergence and high efficiency, as the three-dimensional (3D) problem is converted to a two-dimensional (2D) problem. The simulation parameters in the model can be further associated with the printing parameters, which shows good application prospect in 4D printed bilayer structure design.