富勒烯增强氟橡胶的摩擦学性能：基于反应力场分子动力学模拟的研究

《Polymer Engineering & Science》：Tribological Properties of Fullerene-Enhanced Fluororubber: A Reactive Force Field Molecular Dynamics Simulation

氟橡胶（FKM）摩擦学性能受C60添加剂和温度影响显著。分子动力学模拟显示，C60通过增强分子间作用力使FKM剪切强度提升（300-700K），耐磨性提高23.6%，同时抑制C-C键断裂（减少18.4%）和侧链分解（减少31.2%）。1000K时FKM仍保持良好热稳定性，但机械性能下降。该研究为高温密封材料设计提供理论依据。

　　

摘要

研究发现，氟橡胶（FKM）密封件的摩擦过程涉及复杂的机械-化学耦合效应。为了探究其背后的机制，研究人员使用ReaxFF分子动力学模拟方法在多种温度（300、500、700和1000 K）下研究了FKM的摩擦学行为。通过建立FKM及其与富勒烯（C₆₀）的分子模型，评估了温度和填料对FKM摩擦学性能的影响。结果显示，加入C₆₀后，FKM基体的剪切强度和热稳定性显著提高，同时磨损损失也有所降低。C₆₀通过增强分子间的相互作用提高了材料的稳定性，从而间接提升了基体的耐磨性。在300–700 K的温度范围内，C₆₀有效抑制了C-C键的断裂，并减少了侧链中氢原子和氟原子的生成，这些作用间接提升了FKM在高温下的摩擦学性能。然而，在1000 K时，FKM的机械性能出现了严重下降。本研究为研究不同温度下FKM的摩擦学性能提供了一种理论方法。