二氧化硅纳米颗粒协同碳纤维增强复合材料防滑和耐磨性能研究

作     者：郑占模 董从林 袁成清 白秀琴 

作者机构：湖北隆中实验室 武汉理工大学交通与物流工程学院 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室 

出 版 物：《摩擦学学报》 (Tribology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52075399) 湖北省隆中实验室自主创新项目(2022ZZ-05)资助 

主　　题：二氧化硅纳米颗粒 碳纤维 热塑性聚氨酯 防滑性能 耐磨性能 

摘      要：为了增强摩擦制动材料的防滑性能和耐磨性能，采用具有高强度的碳纤维（CF）和优异增摩性能的二氧化硅纳米颗粒(SiO2NPs)改性聚氨酯（TPU）并制备新型SiO2NPs/CF/TPU复合材料，探究不同质量分数SiO2NPs和CF对复合材料表面在水润滑条件下摩擦学性能的影响。结果表明：SiO2NPs与摩擦副表面微粗糙峰之间的啮合作用将纯TPU材料的黏着磨损行为转变为磨粒磨损，摩擦系数从0.15增大到0.6，改善了复合材料的防滑性能，但降低了其耐磨性能。添加CF有利于改善复合材料在摩擦磨损过程中的失效行为，提高复合材料的耐磨性能。另一方面，由于SiO2NPs和CF的疏水性，改性复合材料的水接触角从67.55°增大到了112.10°，将亲水性TPU转变为疏水性复合材料，降低了水分子在摩擦表面的吸附性，削弱了水的润滑作用，进一步改善其在湿滑环境下的防滑性能。当SiO2NPs和CF的质量分数分别为3%和9%时，改性复合材料的摩擦系数稳定在0.5附近，平均摩擦系数增大了204.26%，与质量分数12%的SiO2NPs改性复合材料相比，磨损率下降了96.28%，表现出优异的防滑与耐磨性能。该研究可为设计和制造在湿滑环境下具有优异防滑性能和耐磨性能的摩擦制动材料提供参考。