PTFE/Kevlar纤维编织材料摩擦损伤演变规律研究

目的通过对PTFE/Kevlar纤维编织材料进行不同循环次数的往复摩擦磨损试验,研究并揭示其摩擦损伤演变规律和损伤机理。方法采用MXW-5型摩擦磨损试验机,同时保持一定的位移和频率,对材料分别进行2、5、10 N等3种载荷等级下往复运动的不同循环次数试验。采用体视显微镜(SM)对材料磨损表面在试验过程中产生的宏观损伤进行分析,利用3D光学显微镜(3D-OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)对损伤表面的微观形貌以及化学状态加以分析。结果3种不同载荷条件下的样品,在达到1000次循环往复运动之前,摩擦因数增大0.05,1000~5000次增幅减缓为0.02,并逐渐趋于稳定。不同循环次数下,损伤表面形成了不同大小的PTFE转移膜,将表面C元素覆盖。3种载荷下,编织材料的磨损机制主要为疲劳磨损。结论在载荷不变的条件下,随着循环次数的增加,前期编织材料磨痕表面部分区域会形成PTFE转移膜,对Kevlar纤维产生一定的保护作用,进而降低表面磨损程度。随着表面磨损程度不断加剧,磨痕表面形成的PTFE转移膜剥落,导致纤维重新暴露在表面,使磨损进一步加剧。同时,随着材料样品磨损不断严重,磨痕表面的氧化程度不断加深。

Kevlar纤维UD布的力学性能研究

研究树脂种类和含胶量对Kevlar纤维无纬(UD)布拉伸和层间剪切性能的影响规律。利用万能材料试验机测试不同比例的水性聚氨酯与水性丙烯酸酯共混树脂以及含胶量对Kevlar纤维UD布拉伸和层间剪切性能的影响规律。结果表明:随着丙烯酸树脂含量的增加,Kevlar纤维UD布的拉伸强度和层间剪切强度呈先增大后减小的趋势;水性聚氨酯树脂∶水性丙烯酸树脂比例为1∶2,Kevlar纤维UD布的拉伸强度和层间剪切强度最大。在一定范围内,Kevlar纤维UD布的拉伸强度和层间剪切强度随着含胶量的提高,呈先增大后减小的趋势,且树脂含量26%,Kevlar纤维UD布的拉伸强度和层间剪切强度达到最大值。

环氧氯丙烷改性Kevlar纳米纤维对不同橡胶热力学性能的影响:实验与分子模拟

使用环氧氯丙烷对Kevlar纳米纤维(KNFs)进行改性,然后用环氧氯丙烷改性Kevlar纳米纤维(m-KNFs)分别对丁苯橡胶(SBR)和羧基丁腈橡胶(XNBR)及SBR/XNBR进行增强,并通过实验与分子模拟相结合的方式探究了3种纳米复合材料的热力学性能。结果表明,m-KNFs对SBR、XNBR和SBR/XNBR均有很好的增强效果,其中m-KNFs与XNBR基体之间的作用最强,m-KNFs可以有效改善XNBR与SBR的相容性。

耐久的超亲水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜

为提高聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜的亲水耐久性并赋予其一定的抗污染和抗菌的功能性,提出了一种低成本、简单的表面改性方法。亲水性的增强是表面化学成分和微纳粗糙度结构协同作用的结果。使用聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯亚胺(PEI)作为亲水改性剂,戊二醛(GA)作为交联剂,在PTFE中空纤维表面构建了一层抗菌亲水层。在γ-缩水氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)的作用下,膜纤维表面成功形成了微纳米结构,进一步增强了膜纤维的亲水性和耐久性。值得注意的是,改性后的中空纤维膜具有超亲水性(WAC=0°)和出色的水通量(8185.38±178.27 L·m^(-2)·h^(-1))。经过14 d的酸(pH=1)、碱(pH=14)以及强氧化剂(3000 ppm Na⁃ClO)溶液人工加速清洗后,改性膜仍保持其超亲水性,且不损失水通量。研究表明,这种简便的亲水改性策略使得PTFE中空纤维膜在污水处理领域具有实际应用价值。

PTFE中空纤维膜蒸馏高盐废水浓缩实验研究

文章选择工业生产中常见的含氯化钠(NaCl)高盐废水,以疏水性PTFE中空纤维膜组件为载体,采用真空膜蒸馏的方式进行浓缩处理实验研究,研究各操作条件对膜通量和截盐率的影响,并验证实验可行性。实验结果表明,膜下游侧压力增加,膜通量会逐渐降低;废水料液流量和料液温度的增加均有助于提高膜通量;废水料液浓度的增加,会抑制传质过程,降低膜通量。各操作条件对膜截盐率的影响很小,膜截盐率一直保持在99.8%以上,说明PTFE中空纤维膜蒸馏用于高盐废水浓缩具备可行性。

不同加速应力下PTFE/Kevlar编织衬垫寿命及摩擦学性能研究

自润滑编织衬垫是自润滑关节轴承中的关键材料,其摩擦学性能及服役寿命直接影响关节轴承的可靠性及寿命.为解决衬垫寿命评价周期长和效率低问题,本文中以PTFE/Kevlar编织衬垫为研究对象,分别以载荷和频率作为加速应力,对PTFE/Kevlar编织衬垫进行加速寿命试验研究,并用扫描电子显微镜和光学显微镜对磨屑及不同阶段衬垫表面进行表征,获得载荷20~50 MPa和频率5~10 Hz下衬垫的加速寿命与不同阶段的磨损特征,通过最佳线性无偏估计法及最小二乘法建立威布尔-逆幂律加速寿命模型.研究结果表明:PTFE/Kevlar编织衬垫的磨损过程主要分为轻微磨损、稳定磨损和剧烈磨损3个阶段.相比于载荷,频率对不同阶段衬垫摩擦学行为的影响更为复杂,对加速模型的精度影响更大.以载荷为加速应力的加速寿命模型实际可靠度为98%,而以频率为加速应力的加速寿命模型实际可靠度仅为78%.在加速载荷为20~50 MPa条件下,实现衬垫的寿命预测及可靠性估计.

雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料摩擦学性能研究

针对川西平原地区实际降雨环境,开展了PTFE/Kevlar航空器关节轴承衬垫材料往复磨损试验,通过分析摩擦系数、磨痕损伤形貌以及磨损表面化学成分的演变规律,探究了雨水环境下PTFE/Kevlar编织材料的摩擦磨损特性.结果表明:雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料磨损损伤行为表现为PTFE纤维变形、破碎、转移以及Kevlar纤维变形和疲劳断裂.雨水环境下PTFE/Kevlar轴承衬垫材料的磨损过程可分为3个阶段:前期(N<1000)、中期(1000≤N<5000)和后期(N≥5000),分别是PTFE逐渐转移阶段、PTFE转移膜形成阶段以及转移膜破坏阶段.从磨损前期到中期,摩擦系数减小,最大磨痕宽度和最大磨痕深度增加,磨痕区域F元素含量增加、C元素含量减少;从磨损中期到后期,摩擦系数增加并波动,最大磨痕宽度和最大磨痕深度持续增加,磨痕区域F元素含量减小、C元素含量增加.结果表明雨水环境会促使转移膜快速剥落和破坏,因此,应尽量避免自润滑PTFE/Kevlar衬垫型关节轴承长时间在阴雨天气下使用.

双金属负载PTFE中空纤维催化膜的制备与性能研究

以聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜为载体,通过亲水和胺化修饰,原位生长钴铁普鲁士蓝类似物,经低温煅烧(300℃)得到钴铁双金属负载的PTFE中空纤维催化膜.利用扫描电镜(SEM)、显微红外光谱仪(FTIR)和接触角测量仪(CA)等手段对膜的物化特性进行表征,还研究了其催化降解性能和长效稳定性.在连续24 h错流过滤下,催化活化过硫酸盐(PMS)产生以单线态氧(^(1)O_(2))为主的多种活性氧(ROS),实现了对罗丹明B(RhB)的瞬时去除,去除率达99%以上,分别研究了pH、PMS用量以及阴离子种类和浓度对催化性能的影响.结果表明,钴铁双金属负载的PTFE中空纤维催化膜可有效实现高含盐废水中有机污染物的降解,并具有较好的运行稳定性,有望用于实际的工业废水的深度处理.

Kevlar29纱线动态拉伸力学性能与本构方程

为了能够清晰地表征芳纶纱线在不同应变率下的力学行为,进行了Kevlar29纱线的准静态和动态拉伸试验,结合分离式霍普金森拉杆理论和运动目标追踪法,获得了Kevlar29纱线在不同应变率下的应力-应变曲线,分析了纱线动态拉伸的变形与断裂过程,揭示了Kevlar29纱线力学性能的应变率效应;通过最小二乘法拟合得到了基于纱线应变率效应的黏弹性本构方程,分析了三元件和五元件本构模型的差异及适用性。结果表明:随着应变率升高,Kevlar29纱线的断裂应变减小,拉伸强度和韧性先增大后减小,拉伸模量先增大后趋于稳定;五元件黏弹性本构模型能够较好地表征纱线力学性能的应变率效应。

改性Kevlar纳米纤维对不同橡胶体系性能的影响:实验和分子模拟

通过实验和分子模拟研究了环氧氯丙烷改性Kevlar纳米纤维(m-KNFs)与羧基丁腈橡胶(XNBR)、丁苯橡胶(SBR)的界面相互作用及对复合材料性能的影响。研究结果表明,m-KNFs对橡胶体系有明显的增强作用;与m-KNFs/SBR/和m-KNFs/XNBR/SBR体系相比,m-KNFs/XNBR体系中存在的氢键数量最多;相较于XNBR,m-KNFs/XNBR纳米复合材料拉伸强度提高了182%,其原因主要是m-KNF和XNBR基体之间形成了强氢键网络结构,二者界面相互作用最强,相容性也最好。

超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷

针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型,对比模拟与试验得到的A扫描时域信号,证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm,厚度0.03~0.40 mm的PTFE夹杂和厚度0.03~0.85 mm的富树脂缺陷,模拟得到超声A扫描信号,分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示,随着缺陷厚度增加,PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势,但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂,其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。

浙江大学朱利平/方传杰团队破解PTFE中空纤维膜长效稳定亲水化关键难题

聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维多孔膜具有优异的化学稳定性、耐温性和抗污染性能,在化工、冶金、电镀、印染等行业的高难废水处理中具有显著的优势和应用潜力。然而,由于PTFE本身表面能低、疏水性强,使得多孔膜的水润湿性和透水性差,在水相过滤体系中的应用受到很大制约。PTFE膜的长效稳定亲水化一直是膜分离领域具有挑战性的技术难题。传统的采用表面活性剂、水溶性聚合物、多巴胺、亲水聚合物交联网络等表面涂覆方法尽管可以改善PTFE膜的亲水性,但亲水性涂层主要以物理吸附作用附着在膜表面,易堵塞膜孔,且在强酸碱、高腐蚀性等极端工况下容易脱落,难以实现长效稳定亲水化。以高能辐照、等离子体等诱发亲水性单体表面接枝聚合的方法会对PTFE膜的本体结构造成损伤,且需要复杂专用设备,难以实现放大制备和规模化工业应用。

黏结剂纤维化制备干法电极的研究进展

传统的湿法制造工艺存在危害环境和成本较高的问题。干法电极工艺在电极制备过程中不添加溶剂,可以降低生产成本并减少环境污染。从干法混合、自支撑膜制备、与集流体复合等方面介绍黏结剂纤维化干法电极工艺,突出在节约能源和设备成本、提高电极性能方面的优势。研究可推动干法电极技术在工业化生产中的应用和发展。

BIM技术在碳纤维立面索膜结构深化设计与施工中的应用

厦门新体育中心项目白鹭体育场建筑立面采用碳纤维立面索膜结构,具有造型复杂、多专业交叉及施工难度大等特点。本文采用3D3S Design软件进行碳纤维立面索膜结构的二次钢结构、碳纤维索结构及膜结构的深化设计,设计了一种立面平行板碳纤维索专用索夹;通过Revit软件进行施工模拟分析,对白鹭体育场碳纤维立面索膜结构进行分析,提出了基于BIM技术碳纤维立面索膜结构设计及施工的标准化流程。实践表明:BIM技术在碳纤维立面索膜结构设计与施工中的应用,可提前发现并解决复杂节点设计及碰撞问题,提高深化设计效率,同时可优化施工部署,降低返工风险。

纤维滤料的气溶胶过滤特征

过滤是收集气溶胶颗粒的一种简单、通用的方法。纤维滤料是在低颗粒物浓度下高效收集微米、亚微米乃至纳米级颗粒最经济的过滤介质。目前,玻璃纤维滤料、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)覆膜滤料和驻极体滤料是应用最广泛的商用纤维滤料。不同的滤料因其过滤机制及结构差异呈现出独特的过滤特征。本文对上述3种滤料的过滤特征进行了系统研究,以期更深刻地了解滤料的过滤行为,并为滤料的选择和使用提供理论依据。

Kevlar纤维叠层织物防弹机理和性能研究

选取多种形状的冲击体对Kevlar纤维叠层织物进行了弹道冲击实验。研究了Kevlar纤维受冲击时的表观破坏形态和微观损伤机理。结果表明:纤维的变形破坏随冲击物的形状和速度变化呈现出多形态、多阶段模式;纤维的微观变形形态为:除拉伸破坏外,断口处产生大量的侧向劈裂,并且呈现明显的塑性流动。同时研究了试样面密度、冲击速度等因素对材料防弹性能的影响规律。构建了材料防弹性能的一般方程。

Kevlar纤维增强尼龙6复合材料的界面结晶效应

采用阴离子接枝法对K ev lar纤维(KF)进行改性。利用偏光显微镜研究了未改性K ev lar纤维(KF 0)和改性K ev lar纤维(KF 1)增强尼龙6复合材料的结晶情况,界面横晶的形成机理及影响因素。结果表明,在尼龙6/KF复合体系中,KF 0和KF 1的加入都能诱发其表面的基体PA 6形成横晶,在低温下纤维的诱发横晶能力小,形成的横晶不致密、不完整;在高结晶温度Tc下形成的横晶完整而致密,纤维的诱发横晶能力大;KF 1与基体有较强的结合力,故其诱发横晶能力较KF 0强。

芳纶Ⅲ与Kevlar-49纤维组成、结构与力学性能的对比

通过红外光谱和元素分析对芳纶Ⅲ和Kevlar-49纤维的进行对比研究得出,芳纶Ⅲ纤维中存在含氮的芳杂环结构,并结合X射线衍射方法分析芳纶Ⅲ和Kevlar-49纤维的晶体结构,其中芳纶Ⅲ纤维的结晶度为30.44%,明显低于Kevlar-49。芳纶Ⅲ力学性能优于Kevlar-49,其拉伸强度、弹性模量和断裂延伸率分别为4250MPa、139MPa和3.2%。

纤维/Ekonol/PTFE复合材料的力学与摩擦学性能研究

对比考察了碳纤维(CF)、六钛酸钾晶须(PTW)分别与聚苯酯(Ekonol)混合填充对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学与摩擦学性能的影响,并探讨了内部机理。结果表明:PTW相比于传统纤维CF,尺寸细微,具有微区增强特性,PTW的填充提高了Ekonol/PTFE复合材料的致密程度,协助形成更为均匀、致密的转移膜,相比于CF/Ekonol/PTFE复合材料,有着较好的力学性能、摩擦稳定性、耐磨性,进一步改善了Ekonol/PTFE复合材料的综合性能。纤维、Ekonol混合填充PTFE,二者表现出协同润滑与减磨效应。纤维协助均匀、致密的转移膜的形成;而硬质Ekonol颗粒在纤维和对偶之间可能起到了一种第三体滚动效应,避免了纤维受到较为严重的磨损,从而提高复合材料的摩擦磨损性能。

有机高性能Kevlar纤维表面改性研究

试图通过化学处理方法在Kevlar纤维表面引入活性基团 ,从而达到对Kevlar纤维进行表面接枝改性的目的。通过红外光谱分析方法研究了甲苯 2 ,4 二异氰酸酯 (TDI)接枝Kevlar纤维的反应 ,探讨了水解时间对其产物中—O—H基含量的影响 ;纤维水解对接枝反应 ,及其己内酰胺的封端处理对接枝产物的影响。结果表明 ,纤维水解后含有较多的—O—H基 ,且有利于接枝反应的进行 ;而己内酰胺的封端处理可以得到稳定化的接枝产物。证明了只要在纤维表面引入少数活性基团就会有效地改善纤维 /树脂界面的结合。