尼龙6填料对碳纤维-环氧树脂复合材料力学与摩擦磨损性能的提升机制

作者：田经纬; 白艳博; 李承高; 咸贵军^*

来源：复合材料学报, 2023, 40(09): 5011-5025.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20230110.003

• 复合材料
• 环氧树脂
• 碳纤维
• 尼龙6
• 力学性能
• 摩擦磨损性能
• 磨损机制

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能，作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点，将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力学和摩擦磨损性能。本文采用尼龙6改性短切碳纤维-环氧树脂复合材料，基于树脂基体优选方法制备了一种力学性能优异、耐高温且具有低摩擦系数和低磨损速率的高性能复合材料。试验研究了添加尼龙6对复合材料的热、力学及摩擦磨损性能的影响，结合微观形貌与结构分析，揭示了尼龙6对复合材料性能提升机制。研究发现，添加7.5wt%尼龙6后，复合材料的拉伸断裂韧性提升了199%，断裂破坏模式由脆性断裂转变为韧性断裂，拉伸断口形貌由“平原状”转变为“沟壑状”，玻璃化转变温度提升了15.2℃。添加10wt%尼龙6可以显著降低复合材料的摩擦系数(～80%)、磨损速率(～53%)、划痕宽度(～22%)、线粗糙度(～15%)，耐磨损性能提升机制归因于尼龙6可在摩擦表面协助形成一层均匀致密的润滑隔离膜，使磨损类型由严重的疲劳磨损变为轻微的粘着磨损或磨粒磨损。

• 单位
  土木工程学院; 哈尔滨工业大学