二氧化硅微粒的表面功能基团和尺寸对其在菜籽油中的摩擦学性能影响研究

发布时间：2020-08-09 10:52

【摘要】：纳米微粒作为润滑油添加剂表现出了优异的润滑性能。由于纳米微粒的物质结构、形貌、粒径分布、以及表面修饰基团的多样性,导致纳米添加剂的机制研究结果相互矛盾,难以统一。为此本论文以二氧化硅微粒作为润滑油添加剂,利用菜籽油优异的抗氧、减摩、可降解的优势,以及其对二氧化硅优异的分散性,系统研究了不同表面修饰基团,和一系列不同粒径的二氧化硅微球在菜籽油中的摩擦学性能,系统研究纳米添加剂的表面性能和粒径对其在不同润滑区间润滑性能的影响机制。主要研究内容和结果如下:(1)不同功能基团改性的二氧化硅纳米微粒在菜籽油中的摩擦学性能研究采用具有不同表面功能基团的商用二氧化硅纳米微粒作为菜籽油的润滑添加剂,利用四球摩擦测试方法研究了表面分别为甲基、乙烯基和环氧基团的二氧化硅纳米微粒的摩擦学性能。结果表明,在最佳添加含量时,粒径相同的表面分别为甲基、乙烯基和环氧基的三种二氧化硅,可分别使摩擦系数降低33.5%、12.97%、9.01%,使磨斑直径分别降低17.23%、8.67%、5.75%,而粒径较大的含甲基的DNS-2型二氧化硅可使菜籽油的磨斑直径降低29.5%。同时利用石英晶体微天平(QCM)研究了表面功能基团对其在金属表面的吸附质量的影响。结果表明,粒径相同的表面含甲基、乙烯基和环氧基团的二氧化硅纳米微粒的平衡吸附质量依次增大。表面基团相同时,粒径为24nm的DNS-2型二氧化硅平衡吸附质量大于粒径为9nm的DNS-3型二氧化硅,对比不同功能基团的二氧化硅纳米微粒的摩擦学性能和其在金属表面的平衡吸附质量,发现其平衡吸附质量和摩擦学性能的正比关系。(2)不同粒径的二氧化硅微球的制备及其在菜籽油中的摩擦学性能研究采用溶胶凝胶法通过调节反应参数、加入电解质及利用种子生长法,制备了粒径从30 nm-3.6μm的宽尺度范围、成球性好、粒径均匀的二氧化硅微球。选取五种大跨度范围粒径(100 nm,400 nm,600 nm,1μm,3μm)的二氧化硅微球分散到菜籽油中。研究了添加剂微粒粒径对其在菜籽油中不同润滑区间润滑性能的影响机制。添加不同粒径二氧化硅的菜籽油的Stribeck润滑曲线结果表明,在弹流区,二氧化硅则表现出了突出的减摩性能,使摩擦系数比菜籽油下降了5.58%-13.6%。不同粒径二氧化硅在菜籽油中的流变性能表明,降粘作用存在一个最佳粒径,在最佳浓度时,粒径越大的二氧化硅对菜籽油具有更明显的降粘作用。因此在弹流润滑区,粒径越大的二氧化硅的减摩性能越好。在边界区二氧化硅普遍表现出了突出的抗磨性能,比菜籽油的磨损体积降低了28.3%-37.55%,磨损表面分析结果表明,粒径越小的二氧化硅越容易进入摩擦副表面生成摩擦膜的能力越强,抗磨效果越好。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TQ645.1
【图文】：

润滑作用,纳米微粒,机制

纳米微粒润滑作用机制图

示意图,二氧化硅,表面结构,示意图

图 2-1 二氧化硅的表面结构示意图(a)含甲基的 DNS-2 和 DNS-3，(b) 含乙烯基的 RNS-D，(c)含环氧基的 RNS-E将四种二氧化硅纳米微粒分散到无水乙醇中对其进行 TEM 表征，来确定四种二硅纳米微粒的形貌和粒径。图 2-2 二氧化硅纳米微粒的 TEM 图和尺寸分布图，从

纳米微粒,二氧化硅,红外分析,吸收峰

图 2-2 二氧化硅纳米微粒(a) DNS-2，(b) DNS-3对二氧化硅纳米微粒进行了红外分析着对应基团的有机链，图 2-3 为四种二氧化二氧化硅纳米微粒在 3400 cm-1处左右均有在 1628 cm-1处的吸收峰为对应于表面吸附收峰在 830 cm-1处，Si-O-Si 的反对称伸缩振cm 1处、弯曲振动吸收峰在 470 cm-1处[92, 9微粒的甲基或亚甲基中 C-H 的伸缩振动吸收明了甲基及甲氧基存在于二氧化硅表面。R吸收峰对应于 C-H 键的不对称伸缩振动，并处，在 1630 cm-1的吸收峰为表面吸附水 H此重叠。在 980 cm-1处的峰为 Si-O-C 的伸

【参考文献】