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题名	几种自润滑织物复合材料的结构设计与摩擦学性能研究
作者	李佩隆
答辩日期	2022-05-25
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	张招柱
关键词	自润滑织物复合材料，织物结构设计，改性，耐老化剂，摩擦学性能
学位名称	工学博士
其他题名	无
学位专业	材料学
英文摘要	自润滑织物复合材料具备自润滑、低摩擦、高耐磨、高承载、各向异性、抗冲击、免维护等性能，作为航空发动机、起落架、方向舵、平尾、襟翼等关键运动部件的润滑材料，在航空航天、武器装备等领域应用非常广泛。自润滑织物复合材料的力学性能和摩擦学性能对自润滑轴承、衬套等部件的使用可靠性和使役寿命有至关重要的影响。自润滑织物复合材料体系中的纤维性能、织物结构、树脂基体、功能填料及界面等决定了自润滑织物复合材料的力学性能和摩擦学性能。目前，纤维本征性能、织物结构与自润滑织物复合材料力学性能和摩擦学性能之间的内在关系还不明确；界面是自润滑织物复合材料中各个组分材料最优化组合的桥梁，其强弱程度和应力传递的效率在保证材料力学性能和摩擦学性能中扮演着非常重要的角色；与此同时，高新技术装备服役环境日趋苛刻，自润滑织物复合材料将在紫外、臭氧等极端环境中使用，要求自润滑织物复合材料具有优异的耐候性，而且针对自润滑织物复合材料的耐候性及其在极端服役工况下的摩擦学性能研究还不够深入。因此，本论文工作主要研究织物结构、纤维-树脂界面及耐候性对自润滑织物复合材料力学性能和摩擦学性能的影响，并取得了以下主要研究成果： 1.采用相同细度的玻璃纤维和PTFE纤维编织了四种具有相同组织循环数而织物结构不同的玻纤/PTFE纤维织物复合材料，分别是2/2增强斜纹、1/3斜纹、4枚缎纹和2/2增强缎纹，并研究了织物结构对纱线拔出性能和自润滑织物复合材料摩擦学性能的影响。研究结果表明：2/2增强缎纹织物结构的纱线拔出性能和相应复合材料的耐磨性最好，原因在于其结构单元中，纱线参与编织形成的平纹结构单元数量最多，织物的整体性更好，且经纬纱交织点数量分布更为均匀。 2.采用铜纤维、Nomex纤维和PTFE纤维一体化设计方法制备出了增强导热、耐磨的铜纤维-Nomex纤维/PTFE纤维自润滑织物复合材料。研究结果表明：铜纤维能够在复合材料中形成网状导热通道，有效降低摩擦热在摩擦界面的累积，从而改善了复合材料的导热性和耐磨性。此外，借助于铜纤维的导电性，使得Nomex纤维/PTFE纤维自润滑织物复合材料的失效检测成为可能。 3. 采用高浓度臭氧对Nomex纤维和PTFE纤维进行表面刻蚀改性，并研究了刻蚀时间对Nomex纤维/PTFE纤维自润滑织物复合材料摩擦学性能的影响。研究结果表明：随着臭氧刻蚀时间的增加，纤维表面变粗糙，含氧官能团增加，与树脂的界面结合力增加，但其力学性能明显下降。摩擦磨损研究表明，在500 PPHM浓度处理1 h后的纤维所制备的复合材料具有最佳的耐磨性，其磨损率可降低16.7%-20%。 4. 研究了耐老化剂二巯基苯并咪唑（MB）和二巯基苯并咪唑改性氧化锌(ZnO-s-MB)对Nomex纤维/PTFE纤维自润滑织物复合材料的耐臭氧老化、耐紫外-臭氧老化性能和摩擦学性能的影响。研究结果表明：4 wt%的MB填充酚醛树脂后，酚醛树脂的玻璃化转变温度和热分解温度分别能提高12.6%和6.7%；不同臭氧老化时间后，复合材料的磨损率同比减少了42.4%-61.8%；经过紫外-臭氧老化处理后，4 wt% ZnO-s-MB填充的自润滑织物复合材料的磨损率仅增加了38.9%，原因在于氧化锌优异紫外吸收作用、MB的耐臭氧老化性能以及ZnO-s-MB对自润滑织物复合材料耐磨性的协同增强作用。 5. 采用水热法合成了Talc-MoS2杂化纳米填料，并研究其对Nomex纤维/PTFE纤维自润滑织物复合材料摩擦学性能的影响。研究结果表明：填充4 wt% Talc-MoS2后，自润滑织物复合材料的磨损率可降低30%-53%。原因在于Talc-MoS2杂化纳米填料中的Talc可提高了复合材料的力学性能、热稳定性和热传导性能，MoS2的存在促进了干摩擦过程中转移膜的形成，二者的协同增强效应改善了复合材料的耐磨性。
页码	149
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.licp.cn/handle/362003/30058]
专题	兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室
作者单位	1.中国科学院大学 2.中国科学院兰州化学物理研究所;
推荐引用方式 GB/T 7714	李佩隆. 几种自润滑织物复合材料的结构设计与摩擦学性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2022.

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