摘要
随着科技的迅猛发展，工程机械对材料性能的要求进一步提高。节能环保、物美价廉、高性能和轻量化材料炙手可热。为此，国内外学者都在对天然植物纤维进行着各种研究，它们不仅来源丰富，质量轻且可降解，最重要的是性价比高、绿色环保。合理的将这些植物纤维用到复合材料中不仅提升了资源利用率，变废为宝，而且符合国家可持续发展战略。 本文采用熔融挤出和注射成型的方法，以泡沫铝(AF)为基体，漆籽壳纤维(LSSF)和玄武岩纤维(BF)增强聚甲醛(POM)复合材料为填充相制备了AF/POM/BF/LSSF互穿复合材料。深入研究了LSSF含量对复合材料熔体流动性、力学及摩擦学性能的影响;通过红外光谱(FTIR)，光电子能谱(EDS)和扫描电镜(SEM)分别表征了纤维及复合材料的结构、界面结合及摩擦磨损等情况;在简单滑块滑动模型下，分别对尼龙和AF/POM/BF/LSSF互穿复合材料的应力、应变以及摩擦生热进行了ANSYS有限元分析。 得到的主要结论及成果如下: 1)采用挤出-注射成型法制备了添加不同含量LSSF的POM/BF/LSSF复合材料，研究了不同含量的LSSF对复合材料流动、导热、力学以及摩擦学性能的影响。结果表明，复合材料各方面性能受LSSF含量变化影响。添加LSSF后，复合材料的摩擦学性能显著上升，但其力学性能下降明显;随着LSSF含量的升高，复合材料的冲击性能、导热性、熔体流动性能和摩擦性能得到明显改善，但其拉伸和弯曲性能均呈现下降趋势;当摩擦副分别为GCr15，不锈钢和45钢时，随着摩擦副硬度上升，复合材料的摩擦系数和磨损量呈现下降趋势。 2)当LSSF含量为10wt％时，复合材料的摩擦系数和磨损量降低明显，且其综合性能较好。因此，将此配方的复合材料和未添加LSSF的复合材料分别填充入AF中制备成互穿复合材料，并分别对两种互穿复合材料的冲击、弯曲、导热和摩擦性能进行了研究。结果表明:与纯AF相比，互穿复合材料的弯曲、冲击、导热和摩擦性能均得到了显著的改善。互穿复合材料的摩擦学性能也与对偶件的材质有密切的关系，即随着摩擦副硬度上升，复合材料的摩擦系数和磨损量呈下降趋势。LSSF/BF/POM复合材料的流动性能优于BF/POM复合材料，与AF之间界面结合更紧密，过度界面平稳。 3)通过简化滑动模型，对滑动过程中滑块的应力场和温度场进行理论计算，结果表明:温度增量与所加载荷和滑动速度成正比。同时以45钢为滑动平面的滑块滑动模型进行了仿真计算，仿真结果为AF/POM/BF/LSSF复合材料的应力、应变及稳态最高温度均明显低于尼龙材料，具有替代尼龙滑块材料的潜力。
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