Page 133 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 张欣悦, 等: 有序纤维增强水凝胶的构建及其力学、摩擦学性能研究 1387

0.008 (a) 10th 100th 1000th 3000th (b) 10th 100th 1000th 3000th
5000th
10000th
8000th
8000th
10000th
5000th
0.006 0.010
0.008
0.004 0.006
Torque/(N·m) −0.002 Torque/(N·m) −0.002
0.004
0.002
0.002
0.000
0.000
−0.004
−0.006
−0.006 −0.004
−0.008
−0.008 −0.010
−1 0 1 −1 0 1 −1 0 1 −1 0 1 −1 0 1 −1 0 1 −1 0 1 −3 0 3 −3 0 3 −3 0 3 −3 0 3 −3 0 3 −3 0 3 −3 0 3

Angle/(°) Angle/(°)
0.015 (c) 10th 100th 1000th 3000th 0.015 (d) 10th 100th 1000th 3000th
8000th
5000th
10000th
10000th
8000th
5000th
0.012
0.009 0.010
Torque/(N·m) −0.003 Torque/(N·m) 0.000
0.006
0.005
0.003
0.000
−0.006
−0.009 −0.005
−0.010
−0.012
−0.015 −0.015
−5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −5 0 5 −10 0 10 −10 0 10 −10 0 10 −10 0 10 −10 0 10 −10 0 10 −10 0 10
Angle/(°) Angle/(°)
0.025 (e) 10th 100th 1000th 3000th 0.015 (f)
10000th
8000th
5000th
0.020
0.015 0.012
Torque/(N·m) −0.005 Torque/(N·m) 0.009
0.010
0.005
0.000
0.006
−0.010
10°
5°
−0.015 0.003 1° 3°
−0.020 0.000 15°
−0.025
−15 0 15−15 0 15−15 0 15−15 0 15−15 0 15−15 0 15−15 0 15 0 2 4 6 8 10
Angle/(°) Cycles/10 3
Fig. 10 The T–θ curves and the friction torque of the staggered oriented 3PC-C gels under different torsional angles:
(a) 1°; (b) 3°; (c) 5°; (d) 10°; (e) 15°; (f) Friction torque under different torsional angles
图 10 交错定向3CF 3PC-C gel在不同扭动角度下的扭动摩擦学性能：(a) 1°；(b) 3°；(c) 5°；(d) 10°；(e) 15°的T–θ曲线；
(f) 在不同扭动角度下的摩擦扭矩
水率会带来高压缩强度和低摩擦系数，这主要是由水
Permeability coefficient

凝胶的网络致密度导致的，水凝胶的网络结构越致
0CF-unoriented
3CF-unoriented 密，各分子链间的氢键结合越强，需要的机械耗散能
3CF-oriented
越大，抗变形能力越高，表现出高的力学强度. 虽然此
时水凝胶的液相体积减小，但交错有序的网络结构和
Friction Water CF为液相的挤出提供良好的通道，为摩擦表面供给润
coefficient content
滑，降低摩擦. 从压缩强度维度而言，CF的加入将
3CF水凝胶压缩强度提高了43%，摩擦系数由原来的
0.043增加到0.046，而交错有序结构的加入，压缩强度
增加至10.1 MPa，摩擦系数与不定向3CF水凝胶相比
Compressive strength 降低了28%. 由此可以看出，CF对于压缩强度的提高
Fig. 11 Relationship among water content, permeability 占主导地位，而交错有序结构对于改善摩擦系数具有
coefficient, compressive strength and friction coefficient of 显著作用. 因此，在CF纤维增强和交错有序结构增强
different hydrogels
的协同作用下，有序纤维增强水凝胶表现出高强度、
图 11 不同水凝胶的含水量、渗透系数、抗压强度和
摩擦系数之间的关系 低摩擦的优异性能.