树脂基复合材料的减摩耐磨性能及其有限元模拟研究
本文选题：树脂基复合材料 + 减摩耐磨 ； 参考：《东北石油大学》2017年硕士论文
【摘要】：近年来,工业发展对树脂材料性能要求呈现多样化和功能化,因此促进了改性树脂材料技术的快速发展。目前,树脂基复合材料因其性能调控灵活已在很多领域得到了广泛的应用。本文针对石油化工领域对树脂基减摩耐磨零部件(如滑动轴承、密封环、滑块等)的要求,以常用的聚醚醚酮(PEEK)和聚偏氟乙烯(PVDF)两种热塑性树脂材料为基体,借助辅助材料构造特殊结构以及利用填充物强化传热、增强自润滑等理念,制备出了一种聚醚醚酮基、两种聚偏氟乙烯基减摩耐磨复合材料,并系统地探究了造孔剂、填充物及润滑剂对材料摩擦学性能的影响,通过分析扫描电子显微镜(SEM)结果探讨出了相应的摩擦机理。此外,本文还借助ANSYS有限元分析软件,建立二维有限元模型,从温度场、应力场和位移场三方面揭示复合材料在摩擦过程中的减摩耐磨性能。论文主要内容归结如下:1.该实验以氯化钠(NaCl)作为微米孔造孔剂,活性炭纤维(ACF)和聚四氟乙烯(PTFE)为自润滑相,采用模压成型-超声洗涤-真空浸渍的方法制备了离子液体做润滑剂的含有纳-微多级孔结构的聚醚醚酮基复合材料。利用摩擦磨损试验机(载荷为250N,滑动速度为0.69 m s-1)探究了不同孔隙率下复合材料的摩擦学性能。此外,首次利用有限元模型揭示了复合材料在纳-微尺度下的协同润滑机理。利用ANSYS软件中的热-应力耦合方法分析了不同孔隙率条件下的温度场,等效应力场和位移场变化,并对模拟结果的准确性进行了验证,与实验结果相比,二者误差值小于10%。实验数据结果和数值模拟结果都表明,复合材料在孔隙率为16.8%时表现出最好的摩擦学性能。这反映了采用有限元法研究含有纳-微多级孔结构复合材料的自润滑过程具有实际指导意义。2.以PVDF为基体,碳酸氢铵(NH4HCO3)颗粒为微米孔造孔剂,二氧化硅(SiO2)颗粒和碳纳米管(CNTs)为纳米润滑材料,氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)为低表面能物质,采用模压成型-分段烧结的工艺制备出具有纳-微二元孔结构的PVDF基疏水亲油复合材料。实验得到,材料与水的接触角(WCA)为164°,与油的接触角(OCA)约为0°。此外,该实验借助材料中的丰富的孔隙结构,将全氟聚醚润滑油(PFPE)真空浸渍到材料孔隙中,制备出具有减摩耐磨-疏水双重效应的PVDF基复合材料。利用摩擦磨损试验机探究了材料含油率对PVDF基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,含油率为44.1%时,复合材料表现出最佳的减摩耐磨效果,与纯PVDF和无润滑油的PVDF复合材料相比,该复合材料的耐磨性能分别提高51倍和1.6倍。还探究了载荷对复合材料摩擦学性能的影响,并对不同载荷下摩擦后磨损面的接触角变化进行了相应的分析。结合磨损面SEM结果和有限元数值模拟方法,探讨了纳-微孔结构及润滑油位移情况对提高复合材料减摩耐磨性能的积极作用。3.以PVDF为基体,将具有自润滑作用的微胶囊(MC)填充于材料基体中,采用模压-烧结的方法制备了两种PVDF基减摩耐磨复合材料。通过摩擦磨损试验探究MC含量对复合材料摩擦性能的影响,分析三种摩擦材料摩擦系数的稳定性。实验结果表明,MC/PVDF复合材料的摩擦系数在摩擦过程中表现良好的稳定性,且其耐磨性能分别是纯PVDF树脂和MC/CF/PVDF复合材料的120倍和2.6倍,通过对SEM结果进行分析得到,摩擦过程中,微胶囊破裂后释放出润滑油,在摩擦副间形成润滑膜,实现了材料的自润滑效果,而且摩擦过程中产生的磨屑不断地填补微胶囊破裂留下的微坑,降低了材料的磨粒磨损,从而实现PVDF基复合材料的减摩耐磨性能。
[Abstract]:The tribological properties of composite materials under different porosity have been investigated by means of finite element method . The friction coefficient of MC / PVDF composites was investigated . The results showed that the friction coefficient of MC / PVDF composite was 120 times and 2.6 times that of MC / CF / PVDF composites . The results showed that the friction coefficient of MC / PVDF composite was 120 times and 2.6 times that of MC / CF / PVDF composites .
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 周先辉;孙友松;王万顺;;CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性[J];摩擦学学报;2016年05期
2 潘炳力;李宁;杜三明;孙乐民;刘继纯;楚广成;张永振;;相变微胶囊改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能[J];摩擦学学报;2014年06期
3 汪怀远;林珊;张帅;杨淑慧;朱艳吉;;仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能[J];材料工程;2014年06期
4 李思远;包睿莹;杨伟;冯建明;杨鸣波;;聚醚醚酮共混改性研究进展[J];中国塑料;2014年05期
5 富慧;种宁;邱继善;王雅晴;田园园;由吉春;李勇进;;形状记忆聚偏氟乙烯/丙烯酸酯/碳纳米管纳米复合材料的导电及导热性能[J];应用化学;2014年01期
6 汪怀远;杨淑慧;张帅;汪桂英;朱艳吉;林珊;;聚醚醚酮基复合材料端面摩擦热的有限元数值模拟[J];高分子材料科学与工程;2013年03期
7 唐晓楠;潘永泰;李永志;;环氧树脂耐磨涂层应用在破碎齿上的可行性分析[J];煤矿机械;2013年03期
8 汪怀远;张帅;汪桂英;朱艳吉;杨淑慧;;多孔PEEK自润滑材料的制备与摩擦磨损性能[J];高分子材料科学与工程;2012年09期
9 王正洲;章斌;孔清锋;揭敢新;;阻燃剂微胶囊制备及在聚合物中的应用研究进展[J];高分子材料科学与工程;2011年12期
10 蔡涛;王丹;宋志祥;佘万能;;微胶囊的制备技术及其国内应用进展[J];化学推进剂与高分子材料;2010年02期
相关博士学位论文 前1条
1 李海燕;脲醛树脂微胶囊表面改性及对环氧树脂的自修复性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
相关硕士学位论文 前6条
1 谭捷;聚醚醚酮/硅藻土复合材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2016年
2 林宇津;高性能聚醚醚酮基导电复合材料及薄膜的制备与性能研究[D];吉林大学;2016年
3 刘传会;聚偏氟乙烯基超声电机摩擦材料研究[D];南京航空航天大学;2013年
4 汪令生;聚偏氟乙烯复合材料介电性能研究[D];燕山大学;2012年
5 彭庆益;聚偏氟乙烯（PVDF）纳米复合材料摩擦学性能研究[D];复旦大学;2009年
6 徐立红;陶瓷颗粒填充PTFE聚合物基复合材料摩擦磨损特性研究[D];河北工业大学;2002年
，本文编号：1920551
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/1920551.html
