负泊松比超构材料摩擦学性能研究

摘要

负泊松比（negative Poisson’s ratio, NPR）超构材料因其优异的性能而被广泛应用于各工程领域。本文针对负泊松比超构材料的摩擦学性能，以丙烯腈–丁二烯–苯乙烯（ABS）材料为载体，基于典型内凹六边形负泊松比结构，利用熔融沉积成型3D打印技术制备了负泊松比试样和实体试样，结合环–块摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、白光共焦3维形貌仪及有限元静力学应力应变分析等测试手段，对比研究了不同载荷（10、30、50 N）工况下NPR试样与实体试样摩擦学性能的差异性。结果表明：1）不同载荷下，NPR试样的应力与变形大于实体试样，且随着载荷增加，NPR试样内部单元的关节处出现应力，负泊松比效应更加明显；2）相同载荷下，NPR试样的摩擦系数较小，磨损量较大，且摩擦接触界面出现犁沟，基体产生磨粒磨损，随着载荷的增加，部分磨屑黏着在NPR试样摩擦表面，磨损机理转变为黏着磨损；3）在较大载荷（本文滚动试验条件为50 N）下，NPR试样负泊松比效应增强，发挥出更好的减振抗冲击性能和能量吸收与传递作用，相比于低载荷（30 N）工况摩擦系数减小，磨损量降低，有利于提高试样的摩擦学性能。研究成果丰富和完善了负泊松比摩擦学材料的研究体系，在材料科学研究前沿进行探索性尝试，为负泊松比材料在摩擦学工程领域应用提供基础数据和技术支撑。

关键词

负泊松比 / 超构材料 / 摩擦学性能

基金资助

国家自然科学基金项目（52175183）; 湖北省杰出青年基金项目（2020CFA089）