Page 5 - 《摩擦学学报》2021年第2期
P. 5

150                                     摩   擦   学   学   报                                 第 41 卷

                 ODA was grafted on GO surface through amidation reaction and nucleophilic substitution reaction. ODA-GO had a high
                 grafting density of octadecyl chains with good dispersion in IRIS, while ODA-rGO showed the opposite results.
                 However, the optimal friction reduction and anti-wear properties of ODA-rGO were better than ODA-GO. Besides, the
                 modified graphene-based materials would be adsorbed on the contact surfaces and filled the damaged areas to reduce
                 wear. Furthermore, the ODA-GO lubricant reduced the coefficient of friction of the wires by 10% and reduced the
                 fatigue wear significantly.
                 Key words: hoist rope; modified graphene oxide; lubricant; dispersion stability; friction reduction

                目前，矿井提升系统朝着大型化方向发展，矿井                          幅对钢丝摩擦学特性的影响大于接触力. 现有研究主
            多层缠绕提升钢丝绳末端载荷可达110吨以上，提升                           要集中在上述钢丝绳摩擦磨损，但很少从提高润滑能
            钢丝绳属于线接触钢丝绳，内部钢丝之间的接触应力                            力方面解决钢丝绳摩擦磨损问题，而润滑油相对润滑
            较大. 然而，矿井提升机井筒运行环境恶劣，如图1所                          脂流动性好，更易渗透到钢丝绳内部，减少丝与丝之
            示，钢丝绳表面和内部润滑油极易失效而导致钢丝摩                            间的微动磨损.
            擦磨损严重，直接威胁提升钢丝绳使用寿命和矿井提                                石墨烯是优异的减摩材料，具有最薄的固体润滑
            升安全可靠性. 因此，亟需对现有提升钢丝绳润滑油                           膜，能有效降低接触面之间的粘附和摩擦 ，其层数、
                                                                                                   [9]
            进行改性，以提高其润滑性能，为降低提升钢丝绳内                            堆垛方式、缺陷、片层间距及片材大小直接影响其层
            部钢丝摩擦磨损进而提高矿井提升钢丝绳服役寿命                             间摩擦力 ；但由于石墨烯在化学上呈惰性及其层间
                                                                       [10]
            提供重要基础数据和技术支撑.                                     π-π键的相互堆叠作用，使其难以化学改性进而在润

                                                               滑油中极易沉降和团聚，限制了其在润滑油中的应用.
                                        Inner and outer        氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)大多是由石墨先氧
                                        steel wire rope  Worn steel
                                                   wire rope
                                                               化后机械剥离制备而成，在其基面及片材边缘存在很
                                                               多含氧官能团，为其化学改性提供了可能性. Choudhary
                                                               等  [11] 通过形成酰胺键将不同链长的烷基胺接枝到
                                                               GO片材边缘，发现烷基化石墨烯在非极性烃溶剂中

                                                               的溶解度随着接枝烷基链和烃溶剂链长的增加而增
                                                                        [12]
             Lifting height                                    加. Paul等 进一步研究了十二胺官能化石墨烯纳米
              >1 700 m
                                                               片在机油中的摩擦学特性，认为摩擦系数和磨损量的
              Maximal                                          降低归因于在摩擦接触表面发生了摩擦-化学反应，
             lifting speed
               20 m/s                                          抑制了Fe的氧化. Li等        [13] 利用钛酸酯偶联剂改性
                              Self-weight of lifting           GO(T-GO)并研究其在液压油中的分散性和摩擦学性
                                container+load
                                  110 tons                     能，发现其分散性较好且添加质量分数0.08%的T-GO
               Fig. 1  Schematic diagram of mine multi-layer winding  改性油可使摩擦系数和磨损量分别降低约50%和
                             hoisting system                   20%. Ci等  [14] 研究了氟化石墨烯(FG)在GTL-8基础油
                      图 1  矿井多层缠绕提升系统示意图
                                                               中的减磨特性，发现当FG的分散浓度为0.3 mg/ml时，
                目前，国内学者对提升钢丝绳的力学性能及摩擦                          改性油的摩擦系数和磨损率分别降低了35%和90%，
                                        [1]
            磨损行为进行了研究. 孟凡明等 和陈原培等                   [2-3] 基于   并且在接触面间形成1层含有FeF 的摩擦-化学反应膜
                                                                                           3
            半解析法、弹性接触理论等研究了轴向拉伸、扭转等                            从而降低磨损.
            因素对钢丝绳股力学特性及丝间接触性能的影响. 常                               综上分析可知，如何实现氧化石墨烯的改性及其
            向东等   [4-7] 通过滑动试验台分析了干摩擦、油润滑和腐                    在润滑油中分散稳定性是改性氧化石墨烯润滑油制
            蚀环境下钢丝绳摩擦磨损特性，发现滑动速度及振幅                            备的关键问题，而提升钢丝绳内外层钢丝绳摩擦磨损
            主导钢丝绳的摩擦磨损，油润滑下摩擦系数和磨损量                            归根到底还是钢丝间的摩擦磨损，如何优选改性材料
            显著降低，硫酸加剧了钢丝绳油润滑的摩擦磨损、海                            在润滑油中的配比是钢丝减摩研究的核心问题. 本文
                                      [8]
            水次之、淡水影响最小. Xu等 发现干摩擦下滑动振                          中研究了十八胺(ODA，C H N)官能化氧化石墨烯
                                                                                     18
                                                                                        39
   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10