红外热像仪Fotric 346L行业应用案例三维膨胀增强环氧复合材料摩擦学性能

一、引言

环氧树脂以其优异的机械性能和多功能性而闻名，在各种工程应用中获得了广泛的关注。在摩擦学领域，环氧树脂发挥着至关重要的作用，因为它们能够形成耐用的涂层和复合材料，具有定制的摩擦和磨损性能。高强度、刚度和耐磨性的独特组合使得环氧基材料特别适用于减轻摩擦和磨损，如用于汽车部件、航空航天结构部件和机械部件的涂层和复合材料。然而，环氧树脂的自润滑性能较差，会导致在高速摩擦条件下快速失效。 

本研究采用一种**的方法，利用溶剂蒸发方法制备了-种含有均匀分散的细粒径SP80/PW微胶囊的三维(3D)膨胀石墨(EW)骨架旨在提高环氧树脂(EP)的摩擦学性能。3DEG骨架不仅吸收了SP80/PW微胶囊，防止了泄漏，而且还提高了EP复合材料的导热系数，加速了摩擦热的耗散。通过球-盘间摩擦试验，研究了SP80/PW微胶囊在EP复合材料中的润滑应用。最后，系统地揭示了其润滑和抗磨机理。本研究结果对丰富微胶囊的多样性，提高环氧复合材料的摩擦磨损性能具有重要的科学意义。          

二、实验方法过程

在研究过程中，如图2显示了纯EP及其复合材料的TC。纯EP的TC较低，为0Wm.22-1K-1.由于其非晶态链结构引起了剧烈的声子散射。聚合物复合材料中填料的分布决定了它们的性质，如导热率。将三维ED骨架纳入EP矩阵中，可以建立声子传输通道，有效地提高TC。此外，PW和SP80的引入对EP复合材料的TC几乎没有影响。这个EPGWS复合材料的TC达到0.57 Wm1K-1，后者为158.8%高于纯EP。

为了直观地说明改进后的TC，实验使用FOTRIC专业热成像仪，型号Fotric 346L，用来捕捉表面温度的变化,同一实验场景下，可生成多个检测点的温升曲线，所有样品的温度都是在100°C加热器。作为如图所示。1b-1C，EPG，EPGW，和EPGWS复合材料与纯EP相比，它的温升率更高，这归因于他们的高TC。这一结果强调了其适用性在三维相互连接的EG骨架的制造过程中散热材料。

图1实验仪器：Fotric 346L 飞础科红外热像仪

图2：(a)热导率及其与纯EP相比，(b)表面温度在100℃加热器上加热时随时间变化，以及(c)红外热图像:纯EP、EPG复合材料、EPGT复合材料和EPGWS复合材料。

图3：3c-3d描述了所有样品摩擦面的温度分布和相应的红外热图像。可以观察到，在950rpm的测试条件下，所有样品的表面接触温度上升都相对较慢，不超过32°C.共价有机框架越低，摩擦消耗的能量就越少，因此转化为热量的能量就越少。因此，摩擦接触温度仍保持在相对较低的水平。在此试验条件下，可以忽略接触温度对EP及其复合材料摩擦损性能的影响。

图3在转速为950 rpm时的测试条件:：(c)摩擦接触温度与。滑动时间。(d)红外图像对应于摩擦时的最大接触温度。

图。4c-4d描述了样品摩擦面的温度变化曲线和相应的在最高接触温度下的红外热图像。纯EP的接触温度迅速升高，超过100°而EPGW复合材料的C值接近80°C，并呈上升趋势。然而，EPGW和EPGWS复合材料的摩擦表面接触温度均保持在较低的30级左右°C.因此，摩擦表面的温度在摩擦过程中上升，这一现象在高速摩擦过程中尤其突出。样品的温度越高，硬度就越低，这是导致EP和EPG的摩擦和磨损性能恶化的原因之一。另外，EPGW和EPGWS样品的摩擦表面温度变化很小，所以硬度几乎没有变化，因此对摩擦和损性能的影响不显著。较高的摩擦接触温度会加速聚合物材料的磨损。

图4在1900转/分的转速下的测试条件:：(c)摩擦接触温度与。滑动时间。(d)红外图像对应于摩擦时的最大接触温度。

本文以题为：Tribological performance of epoxy composites reinforced by 3D expandedgraphite skeleton containing oil microcapsules 于2024年5月22日在线提供。发布在journal homepage: www.elsevier.com/locate/triboint。通讯作者:河南科技大学材料科学与工程学院

三、结论

综上所述，EPGWS复合材料具有三维EG骨架结构成功制备了含有均匀分散、细粒径的SP80/PW微胶囊。研究了EPGWS复合材料的微观结构、热性能、硬度、摩擦性能和磨损性能。结果表明，SP80/PW微胶囊被吸附在EG的层间腔中，在摩擦过程中，微胶囊破裂，液体SP80被释放到复合材料表面，降低了共价有机框架值和比磨损率。特别是在高速摩擦(1900rpm)下，共价有机框架从纯EP的0降低到EPGWS复合材料的0.12，降低了79.7%。.59比磨损率从1.38 ± 0.045 *10直线下降- 2m3N- 1m对于纯EP到6.29± 0.64 *10- 5…3N- 1m- 1对于EPGWS复合材料，减少了99.5 %。同时，EPGWS复合材料的磨损表面非常光滑和平坦，几乎没有料颗粒。此外，低共价有机框架值导致摩擦热的产生减少，高导热系数加速了摩擦热的耗散，最终导致摩擦面的接触温度始终保持在较低的水平，避免了高温加剧损的发生。本文为提高环氧树脂的摩擦学性能提供了一种制备含油微胶囊的简单方法。

论文连接：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109814