紅外熱像儀Fotric 346L行業應用案例三維膨脹增強環氧復合材料摩擦學性能
一、引言
環氧樹脂以其優異的機械性能和多功能性而聞名，在各種工程應用中獲得了廣泛的關注。在摩擦學領域，環氧樹脂發揮著至關重要的作用，因為它們能夠形成耐用的涂層和復合材料，具有定制的摩擦和磨損性能。高強度、剛度和耐磨性的獨特組合使得環氧基材料特別適用于減輕摩擦和磨損，如用于汽車部件、航空航天結構部件和機械部件的涂層和復合材料。然而，環氧樹脂的自潤滑性能較差，會導致在高速摩擦條件下快速失效。
本研究采用一種**的方法，利用溶劑蒸發方法制備了-種含有均勻分散的細粒徑SP80/PW微膠囊的三維(3D)膨脹石墨(EW)骨架旨在提高環氧樹脂(EP)的摩擦學性能。3DEG骨架不僅吸收了SP80/PW微膠囊，防止了泄漏，而且還提高了EP復合材料的導熱系數，加速了摩擦熱的耗散。通過球-盤間摩擦試驗，研究了SP80/PW微膠囊在EP復合材料中的潤滑應用。最后，系統地揭示了其潤滑和抗磨機理。本研究結果對豐富微膠囊的多樣性，提高環氧復合材料的摩擦磨損性能具有重要的科學意義。
二、實驗方法過程
在研究過程中，如圖2顯示了純EP及其復合材料的TC。純EP的TC較低，為0Wm.22-1K-1.由于其非晶態鏈結構引起了劇烈的聲子散射。聚合物復合材料中填料的分布決定了它們的性質，如導熱率。將三維ED骨架納入EP矩陣中，可以建立聲子傳輸通道，有效地提高TC。此外，PW和SP80的引入對EP復合材料的TC幾乎沒有影響。這個EPGWS復合材料的TC達到0.57 Wm1K-1，后者為158.8%高于純EP。
為了直觀地說明改進后的TC，實驗使用FOTRIC專業熱成像儀，型號Fotric 346L，用來捕捉表面溫度的變化,同一實驗場景下，可生成多個檢測點的溫升曲線，所有樣品的溫度都是在100°C加熱器。作為如圖所示。1b-1C，EPG，EPGW，和EPGWS復合材料與純EP相比，它的溫升率更高，這歸因于他們的高TC。這一結果強調了其適用性在三維相互連接的EG骨架的制造過程中散熱材料。
圖1實驗儀器：Fotric 346L 飛礎科紅外熱像儀
圖2：(a)熱導率及其與純EP相比，(b)表面溫度在100℃加熱器上加熱時隨時間變化，以及(c)紅外熱圖像:純EP、EPG復合材料、EPGT復合材料和EPGWS復合材料。
圖3：3c-3d描述了所有樣品摩擦面的溫度分布和相應的紅外熱圖像。可以觀察到，在950rpm的測試條件下，所有樣品的表面接觸溫度上升都相對較慢，不超過32°C.共價有機框架越低，摩擦消耗的能量就越少，因此轉化為熱量的能量就越少。因此，摩擦接觸溫度仍保持在相對較低的水平。在此試驗條件下，可以忽略接觸溫度對EP及其復合材料摩擦損性能的影響。
圖3在轉速為950 rpm時的測試條件:：(c)摩擦接觸溫度與。滑動時間。(d)紅外圖像對應于摩擦時的最大接觸溫度。
圖。4c-4d描述了樣品摩擦面的溫度變化曲線和相應的在最高接觸溫度下的紅外熱圖像。純EP的接觸溫度迅速升高，超過100°而EPGW復合材料的C值接近80°C，并呈上升趨勢。然而，EPGW和EPGWS復合材料的摩擦表面接觸溫度均保持在較低的30級左右°C.因此，摩擦表面的溫度在摩擦過程中上升，這一現象在高速摩擦過程中尤其突出。樣品的溫度越高，硬度就越低，這是導致EP和EPG的摩擦和磨損性能惡化的原因之一。另外，EPGW和EPGWS樣品的摩擦表面溫度變化很小，所以硬度幾乎沒有變化，因此對摩擦和損性能的影響不顯著。較高的摩擦接觸溫度會加速聚合物材料的磨損。
圖4在1900轉/分的轉速下的測試條件:：(c)摩擦接觸溫度與。滑動時間。(d)紅外圖像對應于摩擦時的最大接觸溫度。
本文以題為：Tribological performance of epoxy composites reinforced by 3D expandedgraphite skeleton containing oil microcapsules 于2024年5月22日在線提供。發布在journal homepage: www.elsevier.com/locate/triboint。通訊作者:河南科技大學材料科學與工程學院
三、結論
綜上所述，EPGWS復合材料具有三維EG骨架結構成功制備了含有均勻分散、細粒徑的SP80/PW微膠囊。研究了EPGWS復合材料的微觀結構、熱性能、硬度、摩擦性能和磨損性能。結果表明，SP80/PW微膠囊被吸附在EG的層間腔中，在摩擦過程中，微膠囊破裂，液體SP80被釋放到復合材料表面，降低了共價有機框架值和比磨損率。特別是在高速摩擦(1900rpm)下，共價有機框架從純EP的0降低到EPGWS復合材料的0.12，降低了79.7%。.59比磨損率從1.38 ± 0.045 *10直線下降- 2m3N- 1m對于純EP到6.29± 0.64 *10- 5…3N- 1m- 1對于EPGWS復合材料，減少了99.5 %。同時，EPGWS復合材料的磨損表面非常光滑和平坦，幾乎沒有料顆粒。此外，低共價有機框架值導致摩擦熱的產生減少，高導熱系數加速了摩擦熱的耗散，最終導致摩擦面的接觸溫度始終保持在較低的水平，避免了高溫加劇損的發生。本文為提高環氧樹脂的摩擦學性能提供了一種制備含油微膠囊的簡單方法。
論文連接：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109814
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