石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦学性能研究

编号：CYYJ01760

篇名：石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦学性能研究

作者：张栗源 董从林 袁成清 吴宇航

关键词： 石墨烯/高密度聚乙烯 机械性能 摩擦学性能 石墨烯润滑层 微观形貌

机构： 武汉理工大学交通与物流工程学院 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所

摘要： 目的探究石墨烯/高密度聚乙烯高分子材料在水润滑条件下的摩擦学性能,提高高密度聚乙烯的自润滑和耐磨损性能。方法采用石墨烯纳米片填充高密度聚乙烯材料,利用RTEC摩擦磨损试验机,开展新型复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究。通过分析新型复合材料的典型机械性能、摩擦系数、磨损形貌以及摩擦副接触表面的元素成分及分布情况,揭示石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦磨损机理。结果新型复合材料的拉伸强度、撕裂强度和肖氏硬度均随着石墨烯纳米片含量的增加而先增高后降低,1.5%石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯表现出最高的强度,分别为19.81 MPa、31.34 MPa和92.6HSA。新型复合材料的平均摩擦系数和体积行程磨损率总体随着石墨烯含量的增加而减小,1.5%石墨烯纳米片改性的高密度聚乙烯平均摩擦系数和体积行程磨损率比纯高密度聚乙烯分别降低了53.6%和73.9%。Si3N4陶瓷球与1.5%、0.6%石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯进行3600 s对磨试验,其磨损区域的碳元素质量分数分别约为3.5%和0.3%,表明含量较高的石墨烯纳米片有利于在微观界面形成石墨烯润滑层,从而降低摩擦系数。结论石墨烯纳米片显著影响高密度聚乙烯的自润滑性能和耐磨损性能,适量的石墨烯纳米片促进了高密度聚乙烯磨损界面石墨烯润滑层的形成,降低摩擦系数和磨损量。该研究可为设计低摩擦、耐磨损的水润滑轴承复合材料提供参考。