温度对PTFE/Kevlar织物复合材料摩擦磨损性能的影响

为了探究不同温度下复合材料摩擦系数、磨损率的转变以及材料摩擦磨损行为和损伤机制的演变规律,将制备的PTFE/Kevlar织物复合材料,在不同温度(25~150℃)、载荷(20~40 MPa)和频率(6~10 Hz)下进行往复式摩擦磨损试验.试验结果表明:载荷与频率对复合材料摩擦磨损性能的影响远小于环境温度,随着环境温度的升高,摩擦系数和磨损率呈现先减小后增大的趋势,温度为75℃时材料的摩擦系数和磨损率最小.当环境温度、载荷和频率分别为75℃、30 MPa和6 Hz时,复合材料的摩擦系数约为0.039,磨损率约为5.98×10^(-15)m^(3)/(N·m).随着温度升高至100℃以上,材料摩擦系数和磨损率急剧增大且摩擦系数出现剧烈波动.使用扫描电镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对复合材料、转移膜和磨屑进行深入分析发现,复合材料的磨损行为与PTFE纤维的断裂行为有关.随着环境温度的逐渐升高,PTFE纤维断裂行为由滑动剪切挤出逐渐转变为纤维拔出、切断和疲劳剥落.复合材料的磨损机制,由磨粒磨损转变为轻微黏着磨损,再转变为严重的黏着磨损并伴随着热复合型的疲劳磨损.

自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望

自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承,因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注.目前,自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统,其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多.随着高端装备极限性能不断提升,对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高.因此,自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要.本文中从摩擦学视角出发,总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状,包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容.此外,文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展,包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素.最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.

可控ZnO阵列改性碳织物复合材料的制备及摩擦学性能研究

碳纤维表面光滑且具有惰性,削弱了其与树脂的界面黏结,进而限制了碳织物/树脂复合材料的应用前景。基于界面工程技术,采用预埋晶种层的方式诱导ZnO微纳米阵列在碳纤维表面均匀生长,并通过改变晶种层溶度优化ZnO阵列的形貌和分布,以强化纤维/基体的界面,从而提升复合材料的力学强度和摩擦学性能。结果表明:通过对纤维表面形貌分析,晶种层浓度对ZnO微纳米阵列形貌和分布有较大的影响;当浓度为15mmol/L时,均匀且细化的ZnO阵列生长在碳纤维表面,使纤维的表面能大幅度提高,促进了树脂充分浸润,提高了力学强度;与原始复合材料相比,改性复合材料的磨损率降低了约35%,表明ZnO阵列的引入能够明显提高复合材料的耐磨性。

间隙率对平纹及三轴向织物复合材料弹性性能的影响

采用有限元分析方法研究了间隙率对平纹及三轴向复合材料叠层弹性性能的影响。首先,根据平纹织物复合材料几何构型和基本参数,建立了平纹织物复合材料的面密度和单胞边长与间隙率之间的关系;然后,建立了平纹织物复合材料的拉伸、压缩和剪切有限元模型,利用该模型分析了间隙率对其弹性性能的影响;最后,分析了间隙率对平纹织物复合材料与三轴向织物复合材料叠层弹性性能的影响。研究发现,平纹织物复合材料的比拉伸模量和比压缩模量随其间隙率的增加而略微增加,比剪切模量随其间隙率的增加减小,平纹织物复合材料与三轴向织物复合材料叠层的等效模量极曲线平纹织物复合材料的间隙率的增加而极性减弱。

MoS_2和PTFE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炭纤维织物及辐照PTFE粉和MoS2粉改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,考察了MoS2的添加量及环境温度对改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能的影响,并用配备X射线能量色散谱的扫描电子显微镜对其磨损表面和偶件栓表面进行了观察和分析.结果表明:MoS2改性炭纤维织物可以明显改善炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,而PTFE的加入则不利于其摩擦磨损性能的改善;当MoS2质量分数在5%～15%之间时,MoS2可以有效降低炭纤维织物复合材料的摩擦系数;当MoS2质量分数为10%时,MoS2改性炭纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最佳;在不同温度条件下,MoS2改性炭纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率均低于炭纤维织物材料;当温度达到240 ℃时,炭纤维织物复合材料的磨损率急剧增大,但MoS2改性炭纤维织物复合材料的磨损率比炭纤维织物材料降低近35%.

纳米TiO_2改性玻璃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纳米TiO2和硅烷偶联剂改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能;用配备X射线能量色散谱仪的扫描电子显微镜观察和分析了复合材料磨损表面形貌以及纳米TiO2在粘结剂中的分散情况.结果表明,纳米TiO2和硅烷偶联剂改性玻璃纤维织物可明显改善玻璃纤维织物的摩擦磨损性能,当纳米TiO2的质量分数为5%时,改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最佳,其磨损率比纯玻璃纤维织物低60%,且其最大承载能力提高.温度对纳米TiO2改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能影响很大,当温度高于200℃时,其摩擦系数开始增大、磨损加剧;当温度达到240℃时,纳米TiO2改性玻璃纤维织物因发生严重磨损而失效.

基于主成分-神经网络预测干洗后织物复合体粘合效果

通过主成分分析,提取了面料和粘合衬性能参数的8个主成分作为新的综合变量。采用BP神经网络技术建立预测干洗后织物复合体粘合效果的3层神经网络模型,运用动量法和学习率自适应调整算法训练模型。通过预测值与试验观测值的比较,表明用主成分神经网络方法预测粘合后织物复合体经干洗后粘合效果具有相当高的准确性,从而在一定程度上证明此方法的可行性。

等离子处理碳纤维织物复合材料的摩擦学性能

将碳纤维织物浸渍-涂层酚醛-缩醛粘结剂树脂,加压固化后制备出碳纤维织物复合材料.分析了摩擦磨损表面和经等离子体处理后碳纤维织物化学组成的变化,研究了摩擦磨损性能、拉伸性能和粘结性能.结果表明,碳纤维织物的磨损分为严重磨损和稳定磨损两个阶段,其中严重磨损阶段的磨损量占了总磨损量的87%.经过等离子体处理后,在碳纤维织物的表面产生了许多活性基团如羰基、羧基、酯基,表面活性元素的含量明显增多;碳纤维织物的浸润性增大,提高了其与粘结剂的结合强度和结合量,增强了织物纤维束间的结合力;固化后与粘结剂构成很好的整体材料,增强了纤维束抗变形和抗断裂能力,使载荷和摩擦力可以平均的分配在纤维上,避免应力集中,从而提高了碳纤维织物复合材料的摩擦学性能和力学性能.

平纹织物复合材料的弹性模量预测

利用细观力学的代表体积元 (RVE)法 ,预测了平纹织物复合材料的弹性模量。建立了表征 RVE形态的数学模型 ,分析了细观结构与宏观性能之间的关系 ,编制了从组分材料的弹性性能推测复合材料的弹性性能的预测程序。对理论预测进行了实验验证 ,理论值与实测值在一定误差范围内能较好吻合 。

炭纤维织物复合材料微结构超声成像方法

超声波在炭纤维织物复合材料中树脂囊界面声压反射系数可达21%,在层间界面的反射则与树脂层的厚度和声波频率有关,在缺陷界面则会产生绝对反射。研究了入射声波在织物复合材料内部树脂囊、编织纤维束和层间界面产生的声波反射信息,揭示织物复合材料内部铺层和层间界面微结构的三维分布特征。结果表明,采用高分辨率超声成像方法,可以较好地再现织物复合材料中的树脂囊和纤维束形状、取向、铺层方向及层间界面等三维分布特征,为织物复合材料提供一种有效的微结构表征和缺陷检测方法。

聚四氟蜡和二硫化钼填充凯夫拉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凯夫拉(Kevlar)纤维织物材料及聚四氟蜡(PFW)和MoS2填充Kevlar纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,PFW和MoS2均可以改善Kevlar纤维织物材料的摩擦磨损性能,其中PFW的改善效果尤为显著.当PFW质量分数为20%时,Kevlar纤维织物复合材料的摩擦系数减小75%、磨损率降低82%,Kevlar纤维织物复合材料的减摩抗磨性能最佳.

水解/接枝处理诺梅克斯纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用水解/接枝处理制备出Nom ex纤维织物复合材料,用红外光谱仪分析处理前后纤维织物的结构,在玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机上评价了水解/接枝处理Nom ex纤维织物复合材料的常温和高温摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜观察Nom ex纤维织物复合材料界面及其磨损表面形貌.结果表明:经过水解/接枝处理后,在Nom ex纤维织物表面引入活性羧基基团,增加Nom ex纤维织物的活性,使Nom ex纤维织物与粘结树脂的结合力有所增加;水解/接枝处理前后Nom ex纤维织物复合材料的磨损分为2个阶段,即严重磨损阶段和稳定磨损阶段,当载荷较低时,由严重磨损向稳定磨损的转化发生在摩擦前10 m in,当载荷较高时,复合材料一直停留于严重的磨损阶段,直到材料磨穿失效;水解/接枝处理明显提高了Nom ex纤维织物复合材料的摩擦磨损性能和最大承载能力.

具有电磁屏蔽性能的金属/织物复合材料

用化学镀铜和化学镀镍的方法对纤维织物进行改性 ,制备出有优良电磁波屏蔽性能的金属 /织物复合材料。该复合织物在 1 0 k Hz～ 1 2 GHz范围内可以获得 50～ 70 d B的优良屏蔽效果和良好的环境稳定性 ,成本低、结合力好 ,适用于丝绸、棉布、化纤布和玻璃纤维布等多种织物改性 ,有良好的应用前景。

机织物复合材料纤维体积含量计算机图像测定

利用CCD摄像机和专用A/D板采集的碳纤维织物增强的复合材料层合板截面图像检测碳纤维机织物增强复合材料的纤维体积含量。按照测定纤维体积含量的原理,设计了几何法和阀值法的测试步骤。用Photo-shop软件对所采集的图像进行数据处理分析,获得了层合板的纤维体积含量值。对比分析表明,检测结果与所采用复合材料的纤维体积含量标准值相符合。可以认为利用界面图像测定纤维体积含量的方法是可行的。

织物结构对2.5维织物复合材料冲击动态力学性能的影响

本文设计了五种具有直交和弯交结构的角联锁织物,并与环氧树脂复合固化制成复合材料薄板,采用落球冲击实验结合振动测试系统,通过采集落球冲击前后的动能差以及复合材料各测试点处加速度的动态信号频谱,研究了角联锁结构复合材料冲击作用下的吸能特性和振动性能。结果表明,因织物结构不同造成的纤维体积含量、经纱弯曲角度和经纱跨度等因素能够对角联锁复合材料的冲击动态力学性能产生显著影响。几种板材的固有频率随纤维体积含量的增大而增大,直交结构比弯交结构振动衰减慢得多,且弯交结构的振动阻尼明显高于直交结构。

HNO_3/H_2SO_4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.

纤维取向对炭纤维织物复合材料扭动微动摩擦学性能的影响

以球/平面接触方式,进行炭纤维织物复合材料与GCr15钢球之间的扭动微动磨损实验研究,讨论纤维取向对微动磨损性能的影响。结果表明:该材料与金属材料类似,均存在3个微动运行区域,即部分滑移区、混合区以及滑移区,微动磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。炭纤维复合材料微动摩擦磨损性能表现出明显各向异性特征,即纤维平行且垂直于接触表面的纤维混合排布(N取向)复合材料的摩擦耗散能和磨损量均小于纤维平行于接触表面的P取向。在混合区域,磨损区半径随循环周次的增加而逐渐增大,且N取向小于P取向。

Vectran织物复合材料冲击响应与失效模式分析

文章以Vectran纤维织物与涂覆低温硅胶的Vectran织物复合材料为研究对象,通过低速冲击实验研究了材料的冲击响应与破坏模式,分析了冲击速率、冲头尺寸与冲头形状对材料冲击特性的影响。实验结果表明:Vectran纤维织物冲击破坏模式主要为主纱线的拉伸破坏,以及冲头非接触区域纱线的弹塑性变形与滑移;涂覆硅胶的Vectran织物复合材料冲击破坏模式主要为纤维断裂和拔出;织物复合材料具有明显的应变速率效应。

基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:2.复合材料层合板拉伸过程的有限元分析

针对实际使用中平纹织物复合材料铺层角度问题,将0°/45°/90°/-45°铺层的层合板作为有限元分析对象,研究其犬骨试验件在单向拉伸作用下的响应。分析过程中,将试样视作宏观均匀的弹性材料,利用已得出的平纹织物复合材料的物性值,以8节点块单元对模型进行离散,通过分步施加载荷,得到复合材料的应力与应变曲线。与实测值作对比发现,仿真结果同实测结果相吻合。将节点反力作为复合材料单胞模型的边界条件,对复合材料进行失效预测。结果表明:角度铺层设计可以减弱细观结构的开裂和分层;且在承受相同的拉伸应力下,铺层复合材料单胞内树脂单元失效的数量少,因此具有更高的强度。

自润滑纤维织物复合材料摩擦学性能研究

目的研究MoS_2和石墨填充对自润滑纤维织物复合材料摩擦学性能的影响。方法采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损实验机,研究了石墨和MoS_2填充PTFE/棉纤纤维织物在不同载荷条件下的摩擦磨损性能,并采用扫描电镜观察了纤维织物复合材料的磨损表面和微观结构。结果在较低载荷下,填充5%MoS_2可以更有效地降低PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率;在较高载荷下,填充10%石墨可以更有效地降低PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率。载荷为219.52 N时,5%MoS_2填充PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率由未填充的1.28×10^(-14) m^3/(N·m)降低到0.61×10^(-14) m^3/(N·m),降低了50%;10%石墨填充PTFE/棉纤纤维织物复合材料的磨损率由1.28×10^(-14) m^3/(N·m)降低到0.91×10^(-14) m^3/(N·m),降低了28%。结论石墨和MoS_2填充在摩擦过程中减轻了磨粒的嵌入和切削作用,阻碍了复合材料的磨损,提高了PTFE/棉纤纤维织物复合材料的耐磨性能。