近日，一项由罗马尼亚克卢日·纳波卡技术大学研究人员开展的研究成果发表在《Polymers》期刊上，该研究涉及碳纤维增强聚合物复合材料摩擦学特性。

碳纤维是指碳含量为92%以上的一类纤维，碳含量超过99%的纤维又被称为石墨纤维。它们具有优异的机械、物理化学和热性能。碳纤维最早是在19世纪中期出现的，20世纪后半叶在其开发和工业应用方面取得了长足的进步。

碳纤维的系列特性包括高拉伸和弯曲性能、低密度、在无氧环境中的高化学和热稳定性、优异的抗蠕变性能以及高导电性和导热性。

近几十年来，碳纤维行业迅速扩张，并广泛应用于航空航天工业、汽车制造、军事应用以及建筑中的结构和非结构元件，此外，碳纤维还可用于医疗用品、压力阀、运动用品和钻井部件。

碳纤维增强复合材料

在过去几十年的最新研究中，开发了几种先进和创新的碳纤维增强复合材料，在汽车工业中，这些复合材料具有重量轻、美观性强等优点，可用于车门、保险杠和发动机罩等部件。

碳纤维增强复合材料具有高比强度、低热膨胀系数、韧性、刚度和自润滑能力等优异特性。碳纤维增强复合材料优异的阻尼性能使其成为高速驱动轴、机械臂和机床轴等领域非常有用的材料。通过这种阻尼效应，复合材料可以有效地消散振动，提高这些产品的耐用性。

碳纤维的微观结构是纤维及其复合材料在多种行业中具有广泛应用可行性的主要原因。此外，它们在复合材料中的长度、取向和含量则是影响其在广泛工业应用中效率的特征。

复合材料内部 SEM 图像

在对碳纤维增强复合材料的摩擦学性能研究中，粘滑现象在许多工程应用中是不希望出现的，因为它会导致磨损、振动、噪音、能量损失和部件损坏。复合材料的磨损和摩擦取决于多种参数，如滑动速度、法向载荷、摩擦表面粗糙度和润滑。

研究内容

虽然一些开创性研究揭示了控制磨损和摩擦行为的重要因素，但截至目前，对碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）的摩擦学性能仍缺乏深入了解。

复合材料内首层的 SEM 图像和 EDS 分析

目前发表在《Polymers》上的论文研究了单向取向CFRP的磨损和摩擦。并深入研究了在干润滑和边界条件下复合材料滑动方向的摩擦学行为。

室温下，在20-80 N的正常载荷范围内进行摩擦学实验。试验期间使用0.4至2.4 ms -1的速度。在不同时间段进行实验，以评估材料样品的摩擦学行为。

论文分析和解释了摩擦学系统的磨损和摩擦机理，以及由磨损引起的形态特征和由此产生的磨损残留物。此外，在静止和移动条件下（使用旋转圆盘），考察了摩擦时间对复合材料摩擦系数的影响。

研究结论

结果表明，滑动速度和施加载荷对控制磨损和摩擦有显著贡献。在圆盘试验中，间歇加载引起磨损效应。此外，在旋转圆盘试验中，观察到与固定销试验相比相对较高的磨损值。

碳纤维增强材料对磨损和摩擦特性有显著影响，实验表明观察到的磨损极限和摩擦系数最低。此外，样品的硬度和弹性模量显著提高。

两个因素可有助于减少聚合物磨损。首先，当暴露于滑动表面时，纤维支撑一部分施加的载荷；第二，纤维增强材料通过平滑反表面减少粗糙度峰值接触之间的应力。

总之，该研究揭示了关于CFRP摩擦学行为的几个重要发现，为这些工业材料的未来研究提供了重要信息。