碳纤维增强纸基摩擦材料磨损机理研究

以碳纤维为主要增强纤维,采用湿法工艺制备出1种纸基摩擦材料.研究了不同制动次数条件下样品的摩擦磨损行为,通过分析不同制动次数后样品磨损表面的粗糙度特征、三维轮廓形貌、微观形貌和热失重过程,探讨了碳纤维增强纸基摩擦材料的磨损机理.结果表明：随着制动次数的增加,磨损表面粗糙度大幅度降低,材料磨损过程经历了从＂跑合磨损＂到＂稳定磨损＂的转变;材料在磨损过程中微凸体逐渐被磨平,孔隙逐渐被填充,表现出疲劳磨损的特征;磨损后样品表层的热重曲线在320～450℃之间出现了新的剧烈失重峰,表明产生了热磨损;但是磨粒磨损的特征并不明显.     

碳纳米管含量对炭炭复合材料组织及力学性能的影响

炭纤维上原位合成了均匀生长且具有伸张形貌的碳纳米管,借助化学气相渗透制备了碳纳米管增强的炭炭复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对炭炭复合材料组织和力学性能的影响。结果表明：炭纤维上生长碳纳米管改变了热解炭的沉积行为,诱导了各向同性热解炭的生成,且随着碳纳米管含量的增加,各向同性热解炭的厚度增加,但是复合材料的d002值却明显降低。微量的碳纳米管即可显著提高复合材料的力学强度,随着其含量的增加,复合材料的力学强度和模量迅速提高,但材料的断裂行为却急剧恶化,断裂模式由最初的假塑性断裂转变为脆性断裂。     

化学液相汽化沉积法制备炭/炭复合材料的湿态摩擦磨损性能研究

采用化学液相汽化沉积工艺制备炭/炭(C/C)复合材料,通过惯量试验机对其湿态摩擦磨损性能进行研究.结果表明:C/C复合材料的组织主要以粗糙层为主;随着热处理温度升高,复合材料的石墨化度增加,制动过程平稳,动、静摩擦系数升高,摩擦稳定性增加,在较高转速和制动压力下力矩曲线尾翘现象明显减弱;石墨化度较高试样的表面能够形成一层光滑、致密的润滑膜,从而降低其磨损率;所制备的C/C复合材料能够满足湿式摩擦材料的性能要求,并大幅度降低成本.     

二组元酞菁固相混合法裂解合成直立碳纳米管

通过向两种金属酞菁的混合物添加一定量的硫粉,在800～950 ℃裂解合成了大面积的直立碳纳米管。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和拉曼光谱对产物进行了观察和表征,结果显示：所合成的碳纳米管(直径为15～35 nm,长度为200～800 nm)管身平直,具有很好的石墨化程度,且杂质很少。采用两种金属酞菁((M(Ⅱ)Pc, M=Fe, Co))进行混合裂解时,既可以提供碳源,而且可以产生相当均匀的催化剂颗粒,有利直立碳纳米管的沉积。这种将两种酞菁进行固相混合裂解的方法,相当安全高效,有利于大规模生产直立碳纳米管。     

浸渍用有机聚锆前驱体的制备与表征

为获得成本低,毒性小的浸渍用ZrC陶瓷前驱体,以苯酚、甲醛、八水氧氯化锆、乙酰丙酮和双氧水为原料,制备了有机聚锆前驱体(PZC).该前驱体在空气中可稳定存在,易溶于乙醇,可被稀释到任意黏度.采用XPS、XRD、NMR、FTIR、流变仪和TG-DSC对前驱体的组成与结构进行了表征,并对其动态黏度以及裂解过程进行了分析.结果表明,采用乙醇为溶剂,乙酰丙酮为配位剂,可成功的将锆引入聚合物分子链中,并以Zr-O和Zr-O-C的形式存在;反应过程中,乙酰丙酮与八水氧氯化锆所形成的络合物为主反应物,通过配位反应与羟甲基酚生成直线双链型结构的PZC;黏度分析表明,该前驱体在较宽的温度范围(40~100℃)具有较低的黏度(50~800 mPa·s),适合做浸渍剂;该前驱体在1400℃下惰性气氛中裂解,残碳率为48%,可以作为优良的浸渍用陶瓷前驱体使用.     

石墨含量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用湿法工艺制备不同石墨含量的纸基摩擦材料,通过惯量试验方法研究石墨含量对纸基摩擦材料的力矩曲线及动、静摩擦系数和磨损率的影响规律;利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明:随着石墨含量增加,摩擦力矩曲线尾部翘起程度减小,趋于平整;动、静摩擦系数降低,磨损率减小;不含石墨的纸基摩擦材料的磨损表面分布着尺寸较大磨粒且出现微裂纹;随着石墨含量增加,摩擦表面形成了润滑性能良好的固体润滑膜,从而降低了材料的磨损率.     

高温退火一步非破坏性纯化碳纳米管

针对催化化学气相法合成的碳纳米管含有金属、金属氧化物和碳杂质, 且缺陷较多进行了非破坏性纯化研究. 基于碳纳米管与碳杂质间结构、性质的微小差异, 1800 ℃使粗制的碳纳米管高温退火3 h, 为避免碳纳米管氧化, 高温退火过程在氩气气氛中完成. 运用扫描电镜、透射电镜观察碳纳米管的形貌和结构, 发现高温退火后, 碳纳米管的端帽大部分被打开. 能谱检测显示, 粗制的碳纳米管中的杂质(Al, Si, Ni, Cu 质量分数w分别为4.67%, 0.27%, 40.12%和1.34%)退火后被除去. 拉曼分析表明, 退火前后石墨D, G峰面积S_D, S_G分别从1314900降至474921, 767157降至566292, 退火不仅有效地去除了样品中的碳杂质, 而且使碳纳米管的缺陷得到一定程度的修复, 石墨化度随之大大提高. 研究提出了一种简单的、非破坏性的、便于规模化的纯化方法.     

碳纳米管负载四硝基金属酞菁-MnO2双催化剂催化氧还原性能

过渡金属酞菁具有很高的氧还原催化活性, MnO₂对氧还原反应有催化作用,但是将过渡金属酞菁和MnO₂作为氧还原反应的双催化剂的研究较少。 本文采用苯酐-尿素法合成了碳纳米管(CNT)负载四硝基金属酞菁(TNMPc)组装体,联合γ-MnO₂作为氧还原反应的双催化剂。 借助循环伏安法对双催化剂的配比进行优化,得到二者的最佳比例。 研究了四硝基金属酞菁的中心金属离子对最佳比例双催化剂催化性能的影响和双催化剂的抗甲醇性能,结果表明,双催化剂对氧还原反应的催化能力主要受到金属离子本性的影响,双催化剂对氧还原反应的催化效率顺序为CNT/TNFePc-MnO₂>CNT/TNCoPc-MnO₂>CNT/TNNiPc-MnO₂>CNT/TNCuPc-MnO₂;4种双催化剂均具有较好的抗甲醇中毒性能。     

炭纤维对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

研制了几种炭纤维增强纸基摩擦材料,采用热分析仪和惯量摩擦试验机研究了炭纤维含量同摩擦材料的耐热性能和摩擦磨损性能的相关性.结果表明:炭纤维含量对摩擦材料的耐热性能、动摩擦系数、静摩擦系数和磨损率有较大影响;随着炭纤维含量增加,摩擦材料的起始分解温度升高,热分解速率减慢,动摩擦系数呈增大趋势,静摩擦系数和磨损率呈现减小趋势;当炭纤维含量超过5%时,动摩擦系数达到0.13左右且保持恒定;当炭纤维含量超过10%时,静摩擦系数降至0.15左右且保持恒定,纸基摩擦材料的体积磨损率小于4.5×10-8cm3/J.