【摘 要】
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在工业生产过程中,机械不断运转,设备零件的摩擦磨损不断加剧,并且摩擦生热使摩擦副的温度持续升高,加大润滑油失效及机械损耗的可能性,甚至缩短设备使用寿命。导热添加剂在基础油中,能够增强润滑材料的导热性能,起到保护摩擦副和降低温度等作用。研究表明,碳材料为常见的导热添加剂,如碳纳米管(CNTs)、石墨烯纳米片(GNP)和石墨粉(GP)等。硅油是一类耐热性能良好的基础油,广泛应用于各种高温运转的机械设备
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在工业生产过程中,机械不断运转,设备零件的摩擦磨损不断加剧,并且摩擦生热使摩擦副的温度持续升高,加大润滑油失效及机械损耗的可能性,甚至缩短设备使用寿命。导热添加剂在基础油中,能够增强润滑材料的导热性能,起到保护摩擦副和降低温度等作用。研究表明,碳材料为常见的导热添加剂,如碳纳米管(CNTs)、石墨烯纳米片(GNP)和石墨粉(GP)等。硅油是一类耐热性能良好的基础油,广泛应用于各种高温运转的机械设备中,因此本文选用碳材料和二甲基硅油为主要探究对象。本文主要从物理和化学等方面对导热润滑材料进行探究,物理方法采用球磨法优化颗粒尺寸制备出团聚颗粒尺寸更小,分散更均匀稳定的导热润滑材料;化学方法从提高声子匹配度和增强化学结合力两个角度对碳纳米材料进行分子设计,制备出能够降低声子散射和界面热阻效应的导热添加剂。选用Maxwell-Garnett(M-G)导热模型对导热润滑材料进行理论探究,COMSOL软件对导热润滑材料进行模拟探究。本文最终得出增强润滑材料导热性能的探究方法及应用评价,结果表明:一、球磨法制备的GP、CNTs和GNP-二甲基硅油导热润滑材料,与混合法制备的导热润滑材料相比,导热系数均有所增强,其中GNP导热添加剂增强效果最佳。二、化学法制备导热添加剂:(1)增强声子匹配度的方法,选用与二甲基硅油有相同Si-O键的3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane(APSi)),分子设计CNTs酰胺化接枝APSi制备CNTs-APSi导热添加剂,同种方法制备GNP-APSi导热添加剂。(2)化学结合力的方法,选用与二甲基硅油有相同分子链结构,开端含有羟基的碳羟基硅油(2140),分子设计CNTs酯化接枝2140制备CNTs-2140导热添加剂,同种方法制备GNP-2140导热添加剂,并对制备出来的导热添加剂进行了多方面的性能表征。三、通过Maxwell-Garnett导热模型对混合法制备碳纳米管-二甲基硅油的导热润滑材料进行理论研究,根据分析仪器对导热机理及影响因素的分析研究结果对M-G模型进行整理修正,结果表明:模型修正后预测值与实验值相吻合。用COMSOL软件对导热润滑材料进行模拟应用,应用结果:机械运行升温过程中,导热性能最好的润滑材料的适用性最好,与平衡态行稳定温度温差最小,制备的导热润滑材料工业运用性强。
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