Page 105 - 摩擦学学报2025年第4期

第 45 卷 第 4 期 摩擦学学报（中英文） Vol 45 No 4
2025 年 4 月 Tribology Apr, 2025

DOI: 10.16078/j.tribology.2024028 CSTR: 32261.14.j.tribology.2024028
郑占模, 董从林, 袁成清, 白秀琴. 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[J]. 摩擦学学报（中英文）,
2025, 45(4): 593−607. ZHENG Zhanmo, DONG Conglin, YUAN Chengqing, BAI Xiuqin. Synergistic Effect of Silica Nano-
Particles and Carbon Fiber on the Antiskid and Wear Resistance Properties of Brake Composites[J]. Tribology, 2025, 45(4):
593−607.

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

2,3
郑占模 1,2,3 , 董从林 1,2,3* , 袁成清 , 白秀琴 1,2,3
(1. 湖北隆中实验室，湖北 襄阳 441000；
2. 武汉理工大学 交通与物流工程学院，湖北 武汉 430063；
3. 武汉理工大学 水路交通控制全国重点实验室，湖北 武汉 430063)

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(SiO 2 NPs)改性聚氨酯(TPU)并制备新型SiO 2 NPs/CF/TPU复合材料，探究不同质量分数SiO 2 NPs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：SiO 2 NPs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
SiO 2 NPs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SiO 2 NPs
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SiO 2 NPs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.
关键词: 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
中图分类号: TH117.1 文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2025)04–0593–15

Synergistic Effect of Silica Nano-Particles and Carbon

Fiber on the Antiskid and Wear Resistance
Properties of Brake Composites

2,3
ZHENG Zhanmo 1,2,3 , DONG Conglin 1,2,3* , YUAN Chengqing , BAI Xiuqin 1,2,3

(1. Hubei Longzhong Laboratory, Hubei Xiangyang 441000, China;;
2. School of Transportation and Logistics Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430063, China;;
3. State Key Laboratory of Maritime Technology and Safety, Wuhan University of Technology,
Hubei Wuhan 430063, China)
Abstract: This study aims to investigate the antiskid and wear resistance properties of friction brake materials in

Received 23 January 2024, revised 29 April 2024, accepted 30 April 2024, available online 8 August 2024.
*Corresponding author. E-mail: dongconglin@whut.edu.cn, Tel: +86-13971647185.
This project was supported by the National Natural Science Foundation of China (52075399) and Hubei Longzhong Laboratory
Independent Innovation Project (2022ZZ-05).
国家自然科学基金项目(52075399)和湖北省隆中实验室自主创新项目(2022ZZ-05)资助.