基于响应面方法对生物基微晶纤维素与混合天然纤维增强环氧复合材料的摩擦学优化

《Scientific Reports》：Tribological optimization of bio?based microcrystalline cellulose and hybrid natural fiber reinforced epoxy composites using response surface methodology

　　

摘要

本研究探讨了利用混合天然纤维与微晶纤维素（MCC）来提升环氧复合材料的摩擦学性能。研究采用响应面法结合Box–Behnken设计，系统分析了MCC含量（0–6重量%）、施加载荷（20–60牛顿）以及滑动速度（1–3米/秒）对材料磨损程度和CoF值的影响。结果表明，提高MCC浓度能够显著降低磨损程度和CoF值，这是因为界面结合力得到增强，且摩擦膜更为稳定。通过方差分析验证了所建立的二次模型具有较高的预测精度（R2=98.43%）。尽管载荷与滑动速度的交互作用也很重要，但填料含量才是影响摩擦学性能的最主要因素。通过扫描电镜观察发现，MCC填料不仅提升了混合复合材料的摩擦学性能，还减少了表面损伤，并有助于形成稳定的摩擦膜。多目标优化分析表明，当填料含量为6重量%，且载荷较低、滑动速度适中时，材料的磨损和摩擦程度最为最小。总体而言，这些研究结果证明了以MCC为基础的混合天然纤维环氧复合材料作为一种高性能、环保的材料，适用于汽车刹车片、滑动部件以及轴承等需要耐磨的摩擦学应用领域。