不同工况下碳纳米管/聚丙烯复合材料摩擦性能研究
发布时间：2021-07-09 06:38
利用微型双螺杆挤出机熔融共混注射成型碳纳米管/聚丙烯复合材料。通过刻蚀冲击断面来观察碳纳米管在聚丙烯基体中的分散状态。用摩擦磨损试验机研究了碳纳米管/聚丙烯复合材料在干摩擦、水润滑工况下的摩擦行为;利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察了磨损形貌;利用光学表面形貌扫描仪测试摩擦表面微观形貌参数。结果表明,通过熔融共混的方法,可以使碳纳米管较好地分散在聚丙烯基体中。在本实验范围内,加入碳纳米管后的复合材料比纯聚丙烯有更低的摩擦因数,在载荷为50 N,碳纳米管加入量为1.4%的复合材料的摩擦因数为0.473 3,比纯聚丙烯降低了17%。复合材料在干摩擦工况下的摩擦因数较高,而在水润滑工况下的磨损率较高,碳纳米管加入量为1.8%的复合材料在50 N水润滑工况下的摩擦因数为0.251 1,比干摩擦工况降低了85.2%,而磨损率增加了188.5%。添加碳纳米管的聚丙烯复合材料在干摩擦工况下具有更好的减摩性。
【文章来源】：塑料工业. 2016,44(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验用碳纳米管的扫描电镜图
磨损率(ω)用以下公式计算［17］:ω=ΔV/(π·2r·Ｒ·F)(2)ΔV=14bh/3(3)h=r－(r2－b2/4)0.5(4)式中，ΔV－试样的磨损体积，mm3;b－磨痕宽度，mm;r－对偶环半径，mm;Ｒ－对偶环实转圈数;F－摩擦力，N。利用白光共焦三维轮廓仪(法国STIL公司)扫描摩擦试样表面，对摩擦表面微观形貌进行测试。试样表面真空喷铂后用HITACHISU-8010高分辨率场发射扫描电镜(株式会社日立制作所)对磨损表面进行形貌观察。2结果与讨论2.1复合材料的缺口冲击性能及碳纳米管的分散状态复合材料的缺口冲击强度如图2所示。由图2可知，复合材料的缺口冲击强度在CNT含量为1.0%时达到了最大值11kJ/m2，比纯PP的缺口冲击强度提高了30.5%。随着复合材料中CNT含量的增加，其缺口冲击强度呈现出降低的趋势，但仍高于纯PP的缺口冲击强度。图2缺口冲击强度随碳纳米管含量的变化Fig2ThevariationofthenotchedimpactstrengthwithCNTscontent图3所示为经过H2SO4/H3PO4/KMnO4混合液刻蚀1h后的冲击断面图。其中，亮白色为CNT(图中箭头所示)，深色为PP基体。从图3中可以看出，通过熔融共混的方法，CNT在PP基体中能够得到良好地分散。a－0.2%CNT/PPb－1.0%CNT/PP图3冲击断面刻蚀后的碳纳米管分散状态Fig3ThedispersionstateofCNTsontheetchedimpactfracturesurface2.2干摩擦工况下CNT/PP复合材料的摩擦行为试验所得摩擦因数见图4所示。从图4中可以得出，当CNT加入量不变时，随着载荷的增加，复合材料试样的平均摩擦因数呈现出明显减小的趋势。当CNT含量为1.8%时，在130N载荷作用下的平均摩擦因数为0.1979，比10N时降低了75.03%。这是由于摩擦总是发生在一部分接触峰点上，接触点数目和各接触点尺寸将随着
真空喷铂后用HITACHISU-8010高分辨率场发射扫描电镜(株式会社日立制作所)对磨损表面进行形貌观察。2结果与讨论2.1复合材料的缺口冲击性能及碳纳米管的分散状态复合材料的缺口冲击强度如图2所示。由图2可知，复合材料的缺口冲击强度在CNT含量为1.0%时达到了最大值11kJ/m2，比纯PP的缺口冲击强度提高了30.5%。随着复合材料中CNT含量的增加，其缺口冲击强度呈现出降低的趋势，但仍高于纯PP的缺口冲击强度。图2缺口冲击强度随碳纳米管含量的变化Fig2ThevariationofthenotchedimpactstrengthwithCNTscontent图3所示为经过H2SO4/H3PO4/KMnO4混合液刻蚀1h后的冲击断面图。其中，亮白色为CNT(图中箭头所示)，深色为PP基体。从图3中可以看出，通过熔融共混的方法，CNT在PP基体中能够得到良好地分散。a－0.2%CNT/PPb－1.0%CNT/PP图3冲击断面刻蚀后的碳纳米管分散状态Fig3ThedispersionstateofCNTsontheetchedimpactfracturesurface2.2干摩擦工况下CNT/PP复合材料的摩擦行为试验所得摩擦因数见图4所示。从图4中可以得出，当CNT加入量不变时，随着载荷的增加，复合材料试样的平均摩擦因数呈现出明显减小的趋势。当CNT含量为1.8%时，在130N载荷作用下的平均摩擦因数为0.1979，比10N时降低了75.03%。这是由于摩擦总是发生在一部分接触峰点上，接触点数目和各接触点尺寸将随着载荷的增大而增加。在一般情况下，摩擦表面接触为弹塑性接触状态，由于实际接触面积与载荷的非线性关系，即Ar=KP1～2/3(式中，Ar－实际接触面积;P－载荷;K－常数)，使得摩擦因数随着载荷的增加而降低。图4干摩擦工况下的摩擦因数随CNT加入量变化的关系图Fig4TherelationshipbetweentheCNTscontentandthefrictionc
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能玻纤增强聚丙烯材料的研制及应用[J]. 黎敏,陈一民,陈如意,黄安民. 塑料工业. 2014(09)
[2]聚丙烯/纳米碳管复合材料的制备及其摩擦性能研究[J]. 王歆睿,毛思宇,李东明,刘艳辉. 化学与黏合. 2013(06)
[3]黏弹性对聚丙烯/碳纳米管复合材料熔体挤出特性影响研究[J]. 阳京京,方华高,章亚琼,施文涛,陈鹏,王志刚. 高分子学报. 2013(10)
[4]PP/CNTs复合材料的非等温结晶动力学研究[J]. 贾晓川,李东泽,石坚. 塑料工业. 2013(09)
[5]长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能研究[J]. 杨诗润,梁珊,罗筑,吴晓宇,于杰. 塑料工业. 2012(06)
[6]剑麻纤维/长玻纤混杂增强PP复合材料的力学性能研究[J]. 罗崇禧,陆绍荣,郭栋,刘括,樊新,李善荣,凌日华. 塑料工业. 2012(04)
[7]聚氨酯/碳纳米管复合材料的摩擦性能[J]. 余桂英,李小兵. 润滑与密封. 2012(02)
[8]碱处理剑麻纤维/聚丙烯复合材料的性能研究[J]. 陆毅,向定汉,张巍. 润滑与密封. 2011(02)
[9]石墨及纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学研究[J]. 范清,叶素娟. 润滑与密封. 2008(05)
[10]多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的摩擦磨损性能研究[J]. 王世凯,陈晓红,宋怀河,李生华,金元生. 摩擦学学报. 2004(05)
硕士论文
[1]表面三维形貌分析与评定软件系统研究[D]. 乔磊.华中科技大学 2009
本文编号：3273236
【文章来源】：塑料工业. 2016,44(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验用碳纳米管的扫描电镜图
磨损率(ω)用以下公式计算［17］:ω=ΔV/(π·2r·Ｒ·F)(2)ΔV=14bh/3(3)h=r－(r2－b2/4)0.5(4)式中，ΔV－试样的磨损体积，mm3;b－磨痕宽度，mm;r－对偶环半径，mm;Ｒ－对偶环实转圈数;F－摩擦力，N。利用白光共焦三维轮廓仪(法国STIL公司)扫描摩擦试样表面，对摩擦表面微观形貌进行测试。试样表面真空喷铂后用HITACHISU-8010高分辨率场发射扫描电镜(株式会社日立制作所)对磨损表面进行形貌观察。2结果与讨论2.1复合材料的缺口冲击性能及碳纳米管的分散状态复合材料的缺口冲击强度如图2所示。由图2可知，复合材料的缺口冲击强度在CNT含量为1.0%时达到了最大值11kJ/m2，比纯PP的缺口冲击强度提高了30.5%。随着复合材料中CNT含量的增加，其缺口冲击强度呈现出降低的趋势，但仍高于纯PP的缺口冲击强度。图2缺口冲击强度随碳纳米管含量的变化Fig2ThevariationofthenotchedimpactstrengthwithCNTscontent图3所示为经过H2SO4/H3PO4/KMnO4混合液刻蚀1h后的冲击断面图。其中，亮白色为CNT(图中箭头所示)，深色为PP基体。从图3中可以看出，通过熔融共混的方法，CNT在PP基体中能够得到良好地分散。a－0.2%CNT/PPb－1.0%CNT/PP图3冲击断面刻蚀后的碳纳米管分散状态Fig3ThedispersionstateofCNTsontheetchedimpactfracturesurface2.2干摩擦工况下CNT/PP复合材料的摩擦行为试验所得摩擦因数见图4所示。从图4中可以得出，当CNT加入量不变时，随着载荷的增加，复合材料试样的平均摩擦因数呈现出明显减小的趋势。当CNT含量为1.8%时，在130N载荷作用下的平均摩擦因数为0.1979，比10N时降低了75.03%。这是由于摩擦总是发生在一部分接触峰点上，接触点数目和各接触点尺寸将随着
真空喷铂后用HITACHISU-8010高分辨率场发射扫描电镜(株式会社日立制作所)对磨损表面进行形貌观察。2结果与讨论2.1复合材料的缺口冲击性能及碳纳米管的分散状态复合材料的缺口冲击强度如图2所示。由图2可知，复合材料的缺口冲击强度在CNT含量为1.0%时达到了最大值11kJ/m2，比纯PP的缺口冲击强度提高了30.5%。随着复合材料中CNT含量的增加，其缺口冲击强度呈现出降低的趋势，但仍高于纯PP的缺口冲击强度。图2缺口冲击强度随碳纳米管含量的变化Fig2ThevariationofthenotchedimpactstrengthwithCNTscontent图3所示为经过H2SO4/H3PO4/KMnO4混合液刻蚀1h后的冲击断面图。其中，亮白色为CNT(图中箭头所示)，深色为PP基体。从图3中可以看出，通过熔融共混的方法，CNT在PP基体中能够得到良好地分散。a－0.2%CNT/PPb－1.0%CNT/PP图3冲击断面刻蚀后的碳纳米管分散状态Fig3ThedispersionstateofCNTsontheetchedimpactfracturesurface2.2干摩擦工况下CNT/PP复合材料的摩擦行为试验所得摩擦因数见图4所示。从图4中可以得出，当CNT加入量不变时，随着载荷的增加，复合材料试样的平均摩擦因数呈现出明显减小的趋势。当CNT含量为1.8%时，在130N载荷作用下的平均摩擦因数为0.1979，比10N时降低了75.03%。这是由于摩擦总是发生在一部分接触峰点上，接触点数目和各接触点尺寸将随着载荷的增大而增加。在一般情况下，摩擦表面接触为弹塑性接触状态，由于实际接触面积与载荷的非线性关系，即Ar=KP1～2/3(式中，Ar－实际接触面积;P－载荷;K－常数)，使得摩擦因数随着载荷的增加而降低。图4干摩擦工况下的摩擦因数随CNT加入量变化的关系图Fig4TherelationshipbetweentheCNTscontentandthefrictionc
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能玻纤增强聚丙烯材料的研制及应用[J]. 黎敏,陈一民,陈如意,黄安民. 塑料工业. 2014(09)
[2]聚丙烯/纳米碳管复合材料的制备及其摩擦性能研究[J]. 王歆睿,毛思宇,李东明,刘艳辉. 化学与黏合. 2013(06)
[3]黏弹性对聚丙烯/碳纳米管复合材料熔体挤出特性影响研究[J]. 阳京京,方华高,章亚琼,施文涛,陈鹏,王志刚. 高分子学报. 2013(10)
[4]PP/CNTs复合材料的非等温结晶动力学研究[J]. 贾晓川,李东泽,石坚. 塑料工业. 2013(09)
[5]长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能研究[J]. 杨诗润,梁珊,罗筑,吴晓宇,于杰. 塑料工业. 2012(06)
[6]剑麻纤维/长玻纤混杂增强PP复合材料的力学性能研究[J]. 罗崇禧,陆绍荣,郭栋,刘括,樊新,李善荣,凌日华. 塑料工业. 2012(04)
[7]聚氨酯/碳纳米管复合材料的摩擦性能[J]. 余桂英,李小兵. 润滑与密封. 2012(02)
[8]碱处理剑麻纤维/聚丙烯复合材料的性能研究[J]. 陆毅,向定汉,张巍. 润滑与密封. 2011(02)
[9]石墨及纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学研究[J]. 范清,叶素娟. 润滑与密封. 2008(05)
[10]多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的摩擦磨损性能研究[J]. 王世凯,陈晓红,宋怀河,李生华,金元生. 摩擦学学报. 2004(05)
硕士论文
[1]表面三维形貌分析与评定软件系统研究[D]. 乔磊.华中科技大学 2009
本文编号：3273236
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