沉淀法制备PVA/HA复合水凝胶的摩擦性能研究

本文采用沉淀法制备了PVA/HA复合水凝胶,用光学显微镜表征PVA/HA复合水凝胶的微观形貌,采用平头圆柱压头测定PVA/HA复合水凝胶的压缩弹性模量并依据国标GB1685-82测量PVA/HA复合水凝胶的应力松弛特性,用精密位移传感器对PVA/HA复合水凝胶的接触变形特性进行测量,在UMT-II型微摩擦试验机上对PVA/HA复合水凝胶开展往复式摩擦试验,研究冷冻-解冻次数、接触时间及滑动速率对PVA/HA复合水凝胶的摩擦性能的影响.结果表明,沉淀法可在PVA水凝胶基体中合成得到粒度细、分散好的晶相HA微粒;PVA/HA复合水凝胶的弹性模量和应力松弛速率均随着冷冻-解冻次数的增加而增高;滑动过程中的法向位移和启动摩擦系数随接触时间的延长而增大,随冷冻-解冻次数的增加而减小;但启动摩擦系数与滑动速率无明显的相关联性.     

聚乙烯醇／纳米羟基磷灰石复合水凝胶的接触变形与启动摩擦特性研究

选用高分子聚乙烯醇(PVA)和纳米羟基磷灰石(HA)为原料,采用反复冷冻-融化法制备PVA/HA复合水凝胶,在超高精度三维轮廓仪、光学显微镜和S-3000N型扫描电子显微镜上观察PVA/HA复合水凝胶的微观组织形貌,用精密位移传感器对PVA/HA复合水凝胶的接触变形特性进行测量,采用UMT-II型微摩擦磨损试验机评价PVA/HA复合水凝胶的启动摩擦特性.结果表明:PVA/HA复合水凝胶与天然骨组织具有相似的交联网状微观结构,表现出良好的黏弹性;PVA/HA复合水凝胶在滑动过程中的法向位移变化所对应的时间以及启动摩擦系数与接触时间呈现出先减小而后增大的趋势,在相同接触时间下,天然软骨的启动摩擦系数及其对应的滑行时间均比PVA/HA复合水凝胶小;而PVA/HA复合水凝胶的启动摩擦系数与滑动速率无明显的关联性;试样之间法向位移的转折点及其所对应的滑行时间均随滑动速率的增大而减小,这与天然软骨的试验结果基本一致.     

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.      

HNO3/H2SO4氧化改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了HNO3/H2SO4混合酸氧化改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;采用傅立叶红外光谱仪、万能材料试验机和扫描电子显微镜分析了氧化改性前后炭纤维织物复合材料的化学结构、力学性能和磨损表面形貌.结果表明:HNO3/H2SO4混合酸氧化改性明显提高了炭纤维织物复合材料的减摩耐磨性能和承载能力,使炭纤维织物复合材料的承载能力提高了60%、磨损率降低了65.9%;炭纤维织物复合材料在高温下的摩擦磨损性能明显优于常温下的摩擦磨损性能,氧化改性后炭纤维织物复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于未改性炭纤维复合材料.其原因在于混合酸氧化改性使炭纤维表面产生了活性基团,增强了炭纤维织物与胶粘剂的粘结力,从而提高了炭纤维织物复合材料的减摩抗磨性能.     

石墨烯/TiO2陶瓷薄膜的制备及其摩擦学性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备石墨烯/TiO_2陶瓷薄膜,用场发射扫描电镜(FESEM)对其表面形貌进行表征,用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(UV-vis)对其组成成分进行分析,利用高速往复式摩擦磨损试验仪考察石墨烯/TiO_2陶瓷薄膜的表面摩擦学性能.试验表明:石墨烯存在于陶瓷膜表面及层间;陶瓷薄膜经过热处理后,石墨烯并未发生氧化.陶瓷薄膜具有良好的减摩特性,其摩擦系数可低于0.1;随石墨烯含量上升,摩擦系数呈降低趋势;同时其耐磨性良好,36 000次往复摩擦后,陶瓷薄膜保持其完整性.     

氧化石墨烯增强义齿基托材料耐磨性能的实验研究

为改善常规口腔义齿基托材料聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)的低硬度、低亲水性以及低耐磨性等,本文中以PMMA为基体、氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)为增强填料,借助液相超声-高速球磨分散技术将两种粉末均匀混合后,采用常规义齿基托加工法制备GO增强型义齿基托复合材料.采用高分辨扫描电子显微镜、维氏显微硬度计和光学接触角测量仪分别对复合材料显微结构、表面显微硬度及其亲水性能进行观察和评价;在人工唾液润滑环境下,采用UMT-3MT往复式摩擦磨损试验机和三维表面轮廓仪对复合材料耐磨性能及表面磨痕形貌进行评价和观察.结果表明:随着增强填料GO的加入,复合材料的显微硬度呈现先快速增加后逐渐变缓的趋势;复合材料表面水静态接触角则呈现逐渐降低的趋势;当GO质量百分数小于0.1％时,复合材料的摩擦系数和磨损率均低于常规口腔义齿基托材料,而GO质量百分数大于0.1％时其摩擦系数和磨损率呈升高趋势.GO的添加提高了常规义齿基托材料PMMA的硬度、亲水性和耐磨性能,显示出了良好的应用潜能.     

多层石墨烯水分散体系的摩擦磨损性能研究

采用液相超声直接剥离法制备了不同厚度的纳米石墨烯片,用SEM、TEM对其形貌进行了表征,利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯水分散体系的摩擦磨损性能.通过SEM、EDS、XPS等手段,分析了磨损表面的形貌、元素组成和典型元素的化学状态,初步探讨了石墨烯水分散体系的润滑机理.结果表明:所制备的石墨烯为厚度不一的多层石墨烯混合物,厚度范围为10~180 nm;石墨烯作为水基添加剂具有良好的减摩抗磨性能,使纯水的磨损机理发生转变,由严重的黏着磨损和腐蚀磨损转变为磨粒磨损,主要原因是在石墨烯水分散体系润滑下,磨损表面形成吸附减摩层和摩擦化学反应膜,两者协同作用,抑制Fe的氧化,减轻摩擦磨损.     

改性石墨烯增强聚四氟乙烯摩擦学性能的分子模拟研究

采用分子动力学模拟研究了接枝改性氧化石墨烯对聚四氟乙烯(PTFE)的增强作用与摩擦学性能的影响,首先选用KH550、KH560和KH570三种硅烷偶联剂接枝氧化石墨烯(GO),在填入纯聚四氟乙烯后计算其机械性能与摩擦性能. 对比得出KH560的增强效果最好,杨氏模量和剪切模量分别提高了205%和116%,摩擦系数提高了39.6%. 然后选用聚酰亚胺(PI)接枝氧化石墨烯,对比了接枝改性与物理共混两种方式对增强效果的影响,结果表明接枝改性的增强效果优于物理共混. 最后通过分析界面间相互作用力、结合能、原子相对浓度和原子运动速度等方式揭示了接枝氧化石墨烯对聚四氟乙烯基体的增强机理.      

聚乙烯醇水凝胶的生物摩擦学研究进展

介绍了聚乙烯醇水凝胶的制备方法及其物理化学性能,评述了润滑介质、摩擦配副、摩擦运动方式、水凝胶自身特性及载荷和基体材料性质等对聚乙烯醇水凝胶生物摩擦磨损性能的影响,指出今后应加强对多因素协同作用下水凝胶磨损机理、关节运动模拟系统、关节滑液的主要组分润滑协同效应及其润滑机理的研究.     

仿生微胶囊复合水润滑轴承材料的摩擦性能研究

水润滑尾轴承在低速重载的工况下常出现严重磨损的情况.为降低润滑不良造成的尾轴承磨损,本文中通过观察铁犁木表面结构,分析其自润滑机理,设计出仿生微胶囊复合水润滑轴承材料.复合材料以高密度聚乙烯为基底材料,含基础油的仿生微胶囊为添加剂,采用共混的方式加工成型.使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机研究了仿生微胶囊复合材料在不同试验工况下的摩擦性能.通过分析复合材料的磨损量和表面形貌参数,得出复合材料的磨损机理.结果表明:试验工况条件下,仿生微胶囊复合材料能够提升材料的摩擦学性能,其中当仿生微胶囊质量分数为3%时提升效果最明显.该研究为仿生水润滑材料的结构设计以及性能提升等提供试验依据.     

聚酰亚胺复合材料的摩擦性能及其机理研究

研究了含有固体润滑剂的炭纤维增强 PI复合材料在干摩擦和水润滑 2种状态下的摩擦磨损性能及其磨损机理 .结果表明 ,在水润滑条件下 ,摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低 ,其中含 PTFE的炭纤维增强 PI复合材料的耐磨性最佳 ,最低磨损率为 9.9× 10 - 7mm3/ N· m.其主要原因可能与材料存在极性酰胺基团有关 ,酰胺基易通过氢键与水分子结合 ,在摩擦表面形成水吸附膜 ,使摩擦表面直接接触减少 ,从而改善材料的摩擦磨损性能     

仿生人工软骨材料的摩擦磨损性能及润滑机理研究

采用原位复合法制备聚乙烯醇水凝胶(PVA-H),采用模板-滤取法制备多孔超高分手量聚乙烯(UHMWPE)材料,对比研究了这2种材料在相同条件下的摩擦磨损性能,通过改变试验转速和载荷获得Stribeck曲线,并对其润滑机理进行分析.结果表明:干摩擦条件下,多孔UHMWPE和PVA-H的摩擦系数和磨损量均较大;在水润滑和牛血清润滑条件下,二者的摩擦磨损性能均得以改善,且PVA-H具有更低的磨损量.Stribeck曲线分析表明:仿生UHMWPE具有的多孔结构使得在其一定的区域内可以形成混合润滑区域;PVA-H具有更好的亲水性能和多孔结构,对应的Stribeck曲线谷底较宽,能够形成较宽的混合润滑区域和流体润滑区域,从而降低了接触区域的磨损量.     

La_2O_3和WSi_2增强MoSi_2基复合材料的摩擦磨损性能研究

选用MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机测定了3种载荷和2种转速条件下La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料在滑动干摩擦时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌.结果表明:La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的抗磨性能优于MoSi2及WSi2/MoSi2材料;当载荷与速度乘积(pv)值小于183.04N·m/s时,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的磨损质量损失仅为相同条件下MoSi2的1/4～1/6和WSi2/MoSi2的1/2;这是由于La2O3和WSi2复合增强相存在硬化和韧化协同作用所致;随着pv值增加,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料依次呈现犁削、粘着磨损和疲劳磨损特征.     

MGO-MicroLMs/PS微胶囊润滑复合材料制备及摩擦学性能

以改性氧化石墨烯(MGO)/聚苯乙烯为复合壁材,硬脂酸丁酯为润滑芯材,通过种子微悬浮聚合法制备了改性氧化石墨烯微胶囊润滑材料(MGO-Micro LMs),以MGO-Micro LMs为润滑添加剂,经本体浇铸成型制备MGOMicro LMs/PS复合材料.采用IR和SEM表征了化学组成和微观形貌,以微机控制电子万能试验拉伸机和高速往复摩擦磨损试验仪评价了断裂行为和摩擦学性能,以Mico-XAM非接触式三维表面轮廓仪观察磨痕表面形貌并计算磨损率.结果表明:MGO-Micro LMs在聚苯乙烯基体中具有良好的分散性和相容性,同时对聚苯乙烯基体材料具有增韧效果;MGO-Micro LMs可以提高聚苯乙烯基体材料摩擦磨损性能,具有润滑和减摩作用,MGO-Micro LMs润滑机理为边界润滑.     

La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的摩擦磨损性能研究

选用MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机测定了3种载荷和2种转速条件下La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料在滑动干摩擦时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌.结果表明:La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的抗磨性能优于MoSi2及WSi2/MoSi2材料;当载荷与速度乘积(pv)值小于183.04N·m/s时,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料的磨损质量损失仅为相同条件下MoSi2的1/4～1/6和WSi2/MoSi2的1/2;这是由于La2O3和WSi2复合增强相存在硬化和韧化协同作用所致;随着pv值增加,La2O3和WSi2增强MoSi2基复合材料依次呈现犁削、粘着磨损和疲劳磨损特征.     

三维碳毡支撑型聚酰胺纳米复合材料的摩擦学行为

以碳毡(CF)为三维支撑材料，通过一步水热法将氧化石墨烯(GO)和石蜡(PW)负载到碳毡上制备CF/GO/PW三维润滑增强体，再通过原位聚合的方法制备聚酰胺/CF/GO/PW复合材料.对CF/GO/PW三维润滑增强体的微观形貌和复合材料的结构等进行表征测试，研究了纯聚酰胺6 (MCPA6)及其复合材料的摩擦学性能和力学性能，以及GO与PW的比例对材料摩擦学性能的影响.研究发现GO与PW的质量比为1:3时，复合材料的摩擦学性能达到最佳水平，与纯聚酰胺相比，复合材料的摩擦系数和比磨损率分别降低了87%和73%，这是碳毡与基体界面性能的改善和GO/PW与CF一块起到协同增强润滑的结果；复合材料的拉伸模量和弯曲模量分别提高37%和155%，表明CF/GO/PW三维润滑增强体对复合材料具有明显的增强作用.     

转速对水环境下纯铜滚动载流摩擦损伤的影响

使用滚动载流摩擦试验机研究了水环境下转速对纯铜滚动载流摩擦性能和表面损伤的影响. 转速从30 r/min增至480 r/min,水下摩擦系数从1.06降低至0.49,且水下摩擦系数远高于干态摩擦系数;水下接触电阻从0.57 Ω升高至6.4 Ω,且水下接触电阻比干态下更高. 分析可能的机制如下:低转速时水主要表现出毛细作用,导致摩擦系数较高,材料表面发生明显的层片状剥落;高转速时水体现出部分润滑作用,摩擦系数降低,但“水压”作用导致材料表面发生疲劳剥落. 不同转速下疲劳损伤形式转变是摩擦系数降低和水压作用增强竞争的结果. 本文试验条件下表面损伤形式转变的临界转速在200~240 r/min之间. 载流摩擦表面发生了电化学氧化,但由于低转速表面剥落严重,导致表面O: Cu原子个数比较低,接触电阻较低.      

硫化锑质量分数对汽车摩擦材料性能的影响

通过调整摩擦材料基础配方中硫化锑的质量分数,采用直接混合工艺制备出不同组分的摩擦材料,对其进行了理化性能、力学性能、摩擦性能及制动噪音测试,并用SEM、EDX和XRD对不同试样摩擦表面及磨屑进行了表征,分析了其摩擦磨损机制.结果表明:适量硫化锑的加入可促进摩擦表面摩擦膜的形成,从而提高摩擦材料摩擦系数的稳定性、降低磨损率、改善制动噪音.当硫化锑质量分数为5%时,试样的综合性能最佳.     

PDMS表面织构润滑特性的研究

利用光刻-复模技术在PDMS表面制作凹坑阵列型表面织构,并采用球-盘式摩擦试验机对具有不同尺寸凹坑阵列的试样进行摩擦试验,研究了软质材料表面织构在混合至流体动压润滑区域的润滑特性.结果表明:对于PDMS材料,凹坑直径是影响摩擦特性的主要因素之一.与无织构试样相比,在低速条件下(0.005m/s)的混合润滑区域较小直径(d=50μm)的织构能够减小摩擦,而较大直径(d=200μm)的织构表现出增大摩擦的效果.在试验范围内凹坑的面积率越大,表面织构的作用越显著.     

聚乙烯醇水凝胶/钛合金摩擦磨损特性的正交试验研究

利用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇(PVA)水凝胶,运用正交试验法在球-盘摩擦磨损试验机上研究滑动速度、载荷和润滑状态对PVA水凝胶/钛合金摩擦副摩擦系数的影响及在不同载荷下的磨损性能.结果表明:滑动速度、载荷和润滑状态3种因素对PVA水凝胶/钛合金球摩擦副的摩擦系数影响显著程度由高到低依次为载荷＞滑动速度＞润滑状态;在干摩擦和水润滑状态下,摩擦系数变化甚微,平均摩擦系数随滑动速度的增加而下降,随着载荷增加而升高;当转速从110 r/min升至220 r/min时,平均摩擦系数从0.038降至0.031,降幅达19.4%;当载荷从5 N增至10 N时,平均摩擦系数从0.027增至0.042,增幅达51.8%;PVA水凝胶的磨损率随载荷增加而降低且载荷对磨损率影响的显著程度逐渐降低;当载荷从5 N增至10 N时,磨损率降幅高达2.6倍,当载荷从10 N增至15 N时,仅下降35%.