Page 111 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 郑占模, 等: 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 599

70 80

(a) (b) 60 TPU
60 70 40
20 0 0 200 400 600 800
60
50
Shore D hardness 40 Tensile stress/MPa 50 Si0-CF12 Si6-CF6
40
Si3-CF9
30
30
20
10 20 Si9-CF3
10
Si12-CF0
0 0
TPU Si12-CF0 Si9-CF3 Si6-CF6 Si3-CF9 Si0-CF12 0 10 20 30 40
Test sample Tensile strain/%
70 21 500
(c) (d)
60
Tensile strength/MPa 40 Tensile toughness/(J/m 3 ) 1 000
50

30
20
10 500
0 0
TPU Si12-CF0 Si9-CF3 Si6-CF6 Si3-CF9 Si0-CF12 TPU Si12-CF0 Si9-CF3 Si6-CF6 Si3-CF9 Si0-CF12
Test sample Test sample
2 500 0.4
(e) TPU (f) TPU
Si2-CF0
Si2-CF0 0.3 27.67 ℃ 30.76 ℃ Si9-CF3
2 000
Storage modulus/MPa 1 500 Si3-CF9 Loss factor (tan δ) 0.2 39.04 ℃ Si3-CF9
Si9-CF3
Si6-CF6
Si6-CF6
Si0-CF12
Si0-CF12
45.46 ℃
1 000
0.1
500
0 0.0 33.02 ℃ 42.17 ℃
−40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140
Temperature/℃ Temperature/℃
Fig. 4 Mechanical properties and dynamic thermomechanical properties (DMA) of SiO 2 NPs and CF Co-modified TPU composites:
(a) shore D hardness; (b) stress-strain curves; (c) tensile strength; (d) tensile toughness; (e) storage modulus; (f) loss factors
图 4 SiO 2 NPs与CF协同改性TPU复合材料的力学性能和动态热机械性能(DMA)：(a)邵氏D硬度；
(b)应力-应变曲线；(c)拉伸强度；(d)断裂韧性；(e)储能模量；(f)损耗模量

大，其稳定在0.6附近剧烈波动. 随着SiO NPs含量的 TPU复合材料波动的摩擦系数表明摩擦界面上存在
2
减小和CF含量的增大，改性TPU复合材料的摩擦系数 引起摩擦系数波动的不稳定因素. 分析认为，添加的
逐渐降低，Si3-CF9复合材料的摩擦系数最终稳定在 SiO NPs和CF在复合材料表面上形成的微凸体质点
2
0.5附近，且波动明显；Si0-CF12复合材料的摩擦系数 是增大复合材料摩擦系数及其波动的主要原因. 结果
最小，最终维持在0.43附近，波动较小. 当转速和载荷 表明，SiO NPs和CF均能增大TPU材料的摩擦系数，
2
分别增大到30 N和120 r/min时，改性复合材料的摩擦 增强其在湿滑环境下的防滑性能. 图6(d)和(e)所示分
系数曲线与10 N和60 r/min条件下有相似的变化规律. 别呈现了不同载荷与转速工况下改性TPU复合材料
即Si12-CF0复合材料的摩擦系数最大，随着SiO NPs 的平均摩擦系数的变化规律. 在各种不同的工况条
2
含量的减低，改性复合材料的摩擦系数逐渐减小. 与 件下，改性TPU复合材料的平均摩擦系数均大于纯
此同时，改性复合材料摩擦系数的波动现象愈加显 TPU；具体表现为随着SiO NPs含量的降低而降低；其
2
著，SiO NPs含量越高，波动越大. 研究指出，不稳定的 中，当载荷为10 N、转速为60 r/min时，Si3-CF9复合材
2
摩擦界面是引起摩擦系数波动的主要原因 [27-28] ，改性 料的平均摩擦系数增大了204.26%. 以上结果表明，