多壁碳納米管 環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究

多壁碳納米管環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究摘要

多壁碳納米管（MWCNTs）應(yīng)用廣泛，其具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性和高熱穩(wěn)定性等特性，但其與基體間的黏合性較差。因此，通過將MWCNTs與環(huán)氧樹脂（EP）復(fù)合制備納米復(fù)合材料，可有效提高其性能。本文研究了MWCNTs/EP納米復(fù)合材料的磨損性能。結(jié)果表明，與未添加MWCNTs的EP相比，添加MWCNTs的EP納米復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率均有所降低，說明MWCNTs的添加可以有效提高EP的摩擦磨損性能。

關(guān)鍵詞：多壁碳納米管；環(huán)氧樹脂；納米復(fù)合材料；摩擦磨損

Introduction

多壁碳納米管具有多種優(yōu)異的性質(zhì)，如高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性和高熱穩(wěn)定性等。然而，由于MWCNTs與基體間的黏合性較差，因此其應(yīng)用范圍受到限制。為了克服這一問題，可通過將MWCNTs與基體復(fù)合制備納米復(fù)合材料，以提高其性能。

環(huán)氧樹脂是常見的基體材料之一，其具有很高的韌性和抗彎強(qiáng)度，因此常用于復(fù)合材料的制備。將MWCNTs添加到環(huán)氧樹脂中，可以有效改善其力學(xué)性能、電性能和熱穩(wěn)定性。

摩擦磨損是材料工程中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，對(duì)于機(jī)械設(shè)備的耐磨性能具有重要的意義。本文旨在研究MWCNTs與環(huán)氧樹脂混合制備的納米復(fù)合材料的摩擦磨損性能。

ExperimentalMethod

制備MWCNTs/EP納米復(fù)合材料時(shí)，首先將MWCNTs分散于環(huán)氧樹脂樹脂中，通過超聲波處理和機(jī)械攪拌使其均勻分散。接著將混合物放入真空中，消除氣泡，并在60℃下老化24小時(shí)以保證反應(yīng)充分。

采用球-盤試驗(yàn)法研究樣品的摩擦磨損性能。在實(shí)驗(yàn)中，將球體的直徑固定為6mm，盤體采用S45C制成，其直徑為120mm。在試驗(yàn)中，球盤間的載荷為10N，滑動(dòng)速度為0.1m/s。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值計(jì)算摩擦系數(shù)和磨損率。

ResultsandDiscussion

將MWCNTs與EP材料復(fù)合之后，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察材料的表面形貌。如圖1所示，MWCNTs均勻地分散在EP基體中，MWCNTs的加入不會(huì)導(dǎo)致EP基體的結(jié)構(gòu)變化。

摩擦系數(shù)和磨損率是評(píng)價(jià)材料耐磨性能的重要指標(biāo)。如圖2所示，隨著滑動(dòng)時(shí)間的增加，所有樣品的摩擦系數(shù)都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。而添加MWCNTs的MWCNTs/EP材料的摩擦系數(shù)始終低于未添加MWCNTs的EP材料，說明MWCNTs的添加能夠有效減少材料的摩擦系數(shù)。同時(shí)，添加MWCNTs的MWCNTs/EP材料的磨損率也明顯低于未添加MWCNTs的EP材料，這表明MWCNTs的添加可以有效提高材料的抗磨損能力。

結(jié)論

MWCNTs/EP納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的摩擦磨損性能，并且添加MWCNTs可以有效降低材料的摩擦系數(shù)和磨損率。這一研究結(jié)果有助于改善機(jī)械設(shè)備的耐磨性能，并有望在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

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[3]SainiP,SharmaT,SinghD.GrapheneReinforcedEpoxyMatrixComposites:SynthesisandCharacterization[J].MaterialsChemistryandPhysics,2017,197:182-189.本研究的結(jié)果表明，MWCNTs的添加可以有效提高EP材料的摩擦磨損性能，這是由于MWCNTs可以改善復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。MWCNTs通過增加材料的硬度、強(qiáng)度和剛度，減少材料的表面摩擦和磨損，同時(shí)在高負(fù)載下也有一定的潤(rùn)滑作用，提高了材料的耐磨性能。

此外，MWCNTs的優(yōu)異導(dǎo)電性能還為復(fù)合材料的應(yīng)用提供了更多的可能性。MWCNTs在復(fù)合材料中的應(yīng)用可以在電子器件、傳感器和儲(chǔ)能器件等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

本研究還有一些局限性。首先，本實(shí)驗(yàn)的摩擦試驗(yàn)并沒有考慮材料在不同的溫度、濕度等環(huán)境下的性能表現(xiàn)。其次，本實(shí)驗(yàn)只研究了MWCNTs添加量的影響，但是不同尺寸和形態(tài)的MWCNTs可能會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生不同的影響。因此，未來的研究應(yīng)該進(jìn)一步探索這些因素的影響。

總之，本研究證明了將MWCNTs與環(huán)氧樹脂復(fù)合可以提高材料的耐磨性能，這一研究結(jié)果對(duì)于改善機(jī)械設(shè)備的耐磨性能具有重要的意義，并且有望在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展和普及，對(duì)于減少摩擦磨損、提高材料性能的需求越來越高。因此，研究納米材料在復(fù)合材料中的應(yīng)用，已經(jīng)成為了一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。其中，碳納米管因其優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能，受到了廣泛的研究關(guān)注。

目前，MWCNTs的應(yīng)用主要集中在增強(qiáng)復(fù)合材料的方面。將MWCNTs添加到復(fù)合材料中，可以有效地提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度，改善材料的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能，降低復(fù)合材料的密度。除此之外，MWCNTs還可以對(duì)復(fù)合材料的摩擦磨損性能產(chǎn)生積極影響。在摩擦磨損過程中，MWCNTs可以通過減少材料的表面摩擦和磨損，提高材料的耐磨性能。

此外，MWCNTs的應(yīng)用還可以在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。在電子器件領(lǐng)域，MWCNTs的優(yōu)異導(dǎo)電性能可以提高電子器件的速度和性能穩(wěn)定性，進(jìn)而改善了設(shè)備的性能。在傳感器領(lǐng)域，MWCNTs的高靈敏度、低噪聲和抗電磁干擾的特點(diǎn)，使得其成為優(yōu)良的傳感器材料。在儲(chǔ)能器件領(lǐng)域，MWCNTs的高比表面積和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可以顯著提高儲(chǔ)能器件的能量密度和循環(huán)壽命，有望實(shí)現(xiàn)更加高效可靠的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化。

雖然MWCNTs在種種應(yīng)用場(chǎng)景下表現(xiàn)出了非常廣泛的潛力，但是其在應(yīng)用過程中，也面臨著多種問題和挑戰(zhàn)。例如，MWCNTs的生產(chǎn)成本較高、制備工藝難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無法批量生產(chǎn)等。因此，未來的研究應(yīng)該繼續(xù)解決這些技術(shù)難題，并開發(fā)出更加高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的方法，為MWCNTs在復(fù)合材料和其他領(lǐng)域中的應(yīng)用提供更加廣闊的空間和可能。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，MWCNTs的毒性和環(huán)境影響也是需要關(guān)注的問題。盡管目前對(duì)于MWCNTs的毒性和環(huán)境影響研究還不夠深入和廣泛，但是已有的研究表明，MWCNTs可能對(duì)于生物體產(chǎn)生潛在的危害，例如肺部吸入可能引起肺部疾病。因此，在使用MWCNTs時(shí)需要嚴(yán)格保護(hù)個(gè)人安全和環(huán)境健康，同時(shí)需要在研究中深入探究其毒性和環(huán)境影響，為MWCNTs的安全使用提供科學(xué)依據(jù)。

總之，MWCNTs作為一個(gè)非常有潛力的納米材料，在復(fù)合材料和其他領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。未來的研究方向應(yīng)該著重解決其生產(chǎn)成本高、制備難度大等問題，并扎實(shí)做好MWCNTs的安全性和環(huán)境影響方面的研究。通過不斷地提高M(jìn)WCNTs的性能和穩(wěn)定性，有望顯著促進(jìn)其在各個(gè)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。MWCNTs的應(yīng)用離不開制備技術(shù)和表征手段的不斷完善和更新。傳統(tǒng)的MWCNTs制備方法，如化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)沉積和溶膠凝膠法等，雖然取得了一定的成功，但是也存在著生產(chǎn)成本高、純度低、方案不靈活等問題。因此，近年來出現(xiàn)了許多新的制備技術(shù)，例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、碳源催化沉積法和氨氣化法等。這些方法可以在保證MWCNTs質(zhì)量的前提下，顯著提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

另外，在MWCNTs表征方面，也需要不斷完善和更新分析手段和測(cè)試方法。目前常用的表征手段包括場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、拉曼光譜和透射電子顯微鏡等。這些方法可以對(duì)MWCNTs的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行定量和定性分析，但是也存在著局限性。例如，拉曼光譜需要對(duì)于樣品進(jìn)行前處理，對(duì)于MWCNTs的結(jié)構(gòu)