稻壳生物炭增强玻璃纤维/超高分子量聚乙烯复合材料的机械与摩擦学性能研究及其在水润滑轴承中的应用

为解决水润滑轴承材料摩擦磨损性能不足的问题，研究人员通过向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中添加玻璃纤维(GF)和500°C碳化的稻壳生物炭(RHB)，显著提升了复合材料的机械性能和摩擦学性能。研究表明，3wt.% RHB添加量使材料在干摩擦和水润滑条件下的平均摩擦系数分别降至0.14和0.04，硬度、拉伸强度和模量分别提升12.2%、33.5%和37.61%。该研究为开发高性能水润滑轴承材料提供了新思路。

　　

这项研究探索了稻壳生物炭(Rice Husk Biochar, RHB)与玻璃纤维(Glass Fiber, GF)协同增强超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE)复合材料的创新方法。通过将500°C碳化的RHB(0-4wt.%)作为功能性填料，研究人员系统评估了复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为。令人振奋的是，3wt.% RHB的添加使复合材料展现出卓越性能：水润滑条件下的摩擦系数低至0.04，较纯UHMWPE降低近70%。这种性能飞跃源于RHB独特的微孔结构，其不仅与基体形成良好嵌合，增强刚性，还显著改善了材料润湿性。更妙的是，RHB中含有的碳和二氧化硅(SiO₂)发挥了双重作用：既提供稳定支撑，又起到润滑效果。通过先进的注射成型技术和系统的表征手段，研究揭示了这种"三明治"结构复合材料在水润滑轴承应用中的巨大潜力，为开发环境友好型高性能轴承材料开辟了新途径。