摩擦加熱
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-06-28
摩擦加熱的視頻教程
摩擦加熱的實(shí)例教程
此外除了優(yōu)異的電磁屏蔽性能，還應(yīng)考慮在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)多功能的要求，如兼具導(dǎo)熱、焦耳加熱、摩擦發(fā)電、傳感、阻燃等。
鑒于此，大連理工大學(xué)賓月珍教授團(tuán)隊(duì)
選擇環(huán)保
的天然橡膠（NR
）
作為BP
的
“增韌
劑
”，通過簡(jiǎn)單的真空過濾方法，制備了NR
增韌BP
（簡(jiǎn)稱NR-BP
），制備的NR-BP
兼具柔韌性和高電導(dǎo)率，拓展了其在電磁
屏蔽，導(dǎo)熱，焦耳加熱和
摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG
s）等領(lǐng)域的應(yīng)用，
為制備多功能可穿戴電子設(shè)備提供了一種新策略 (圖1
)
。
圖1. NR-BP的制備及其多功能性（電磁屏蔽，導(dǎo)熱，焦耳加熱和TENGs）
由圖2
可知，真空輔助過濾可以很容易地放大得到A4
或更大尺寸的NR-BP
。
制備
的NR-BP
可以進(jìn)一步折疊成紙鶴和紙船，放置在花上，
顯示
出良好的柔韌性和
輕質(zhì)的特點(diǎn)
。
同時(shí)NR-BP
在高斷裂
伸長(zhǎng)率
下仍然表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性
，其中CNR4
（20
wt% NR
）
的
斷裂伸長(zhǎng)率和電導(dǎo)率分別為 27.80%
和32.26 S/cm
，CNR1
（50
wt% NR
）
的
斷裂伸長(zhǎng)率和電導(dǎo)率分別為191.23%
和21.74 S/cm
。
圖2.
展開 藉由溫度結(jié)果判讀, 可以判定塑件成品中的積熱情形，或者冷卻/加熱效果是否符合設(shè)定與設(shè)計(jì)。
注：冷卻階段的溫度結(jié)果顯示于色桿上的最大最小值，參考的是目前顯示的表面結(jié)果而非整個(gè)模型(使用檢視工具時(shí)則會(huì)恢復(fù)一般的顯示方式)。
判定哪個(gè)區(qū)域的摩擦加熱較高
在澆口附近和厚度較薄的區(qū)域，流向殘留會(huì)較高。這會(huì)導(dǎo)致塑料熔體的摩擦加熱。
只要從「溫度」結(jié)果檢查澆口附近和厚度較薄的區(qū)域是否有溫度升高的現(xiàn)象。
檢查溫度變化是否符合制程條件或設(shè)計(jì)變更
在大多情況下，設(shè)計(jì)師會(huì)修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制程條件，以取得優(yōu)化結(jié)果。當(dāng)您進(jìn)行變更時(shí)，以壁面厚度來說，溫度分布會(huì)因?yàn)檩^厚的塑件比較難熱散至模具而變更。
剪切應(yīng)力 (Shear Stress)
剪切應(yīng)力結(jié)果會(huì)顯示塑料熔體于目前時(shí)間步長(zhǎng)的剪切應(yīng)力分布。
在優(yōu)化條件中，剪切應(yīng)力應(yīng)平均分布。不統(tǒng)一的剪切應(yīng)力分布可能會(huì)在完成的塑件上產(chǎn)生翹曲。
最大剪切應(yīng)力
最大應(yīng)力結(jié)果記錄了局部在充填過程中，產(chǎn)生過的最大剪切應(yīng)力。機(jī)械元素的最大剪切應(yīng)力達(dá)到材料的實(shí)驗(yàn)限制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生降伏。
剪切率 (Shear Rate)
剪切率結(jié)果顯示目前時(shí)間輸出時(shí)的剪切率分布。剪切率是聚合物制成時(shí)材料剪切變形率。剪切率分布與速度梯度和分子排向的變化相關(guān)。高剪切率傾向于發(fā)生大幅度的分子鏈變形，即使中斷并弱化產(chǎn)品。也應(yīng)注意因高剪切路導(dǎo)致的黏滯加熱。
最大剪切率
此結(jié)果顯示充填階段每個(gè)元素的剪切率記錄的高峰值。注意，此結(jié)果顯示的最高剪切率值不見得在相同的步進(jìn)時(shí)間輸出。
剪切率是聚合物制程時(shí)材料剪切變形率。剪切率分布與速度梯度和分子排向的變化相關(guān)。高剪切率導(dǎo)致大幅度的分子鏈變形，甚至使分子鏈斷裂，降低產(chǎn)品強(qiáng)度。也應(yīng)注意因高剪切率導(dǎo)致的黏滯生熱。
展開 文章報(bào)道了一種簡(jiǎn)單有效的策略，通過結(jié)合單向摩擦和加熱輔助組裝技術(shù)，成功的大規(guī)模制備了堅(jiān)固的，透明的超雙疏聚合物薄膜。獲得的聚合物薄膜具有兩種特殊的表面凹角形貌：六方排列三角形突起結(jié)構(gòu)和六方排列矩形微柱結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)的不同取決于所使用的二氧化硅模板的粒徑大小。該超雙疏聚合物薄膜對(duì)水和低表面張力液體表現(xiàn)出了優(yōu)異的排斥性，同時(shí)薄膜也具有很高的透明性。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 通過單向摩擦結(jié)合加熱處理技術(shù)制備大面積透明超雙疏薄膜的示意圖
圖2 從不同粒徑二氧化硅微球獲得的具有六方排列三角形突起或六方排列矩形微柱結(jié)構(gòu)的SEM圖像
a）5，b）10，c）15和d）20μm。插圖顯示單個(gè)非封閉排列的孔結(jié)構(gòu)。
圖3 制備的超雙疏聚合物薄膜的非濕潤(rùn)行為
a-c）在所得聚合物薄膜上動(dòng)態(tài)測(cè)量水粘附力的照片。d-f）不同油滴在聚合物表面上的接觸角。 g）水（藍(lán)色），乙二醇（黃色），礦物油（紅色）和橄欖油（綠色）液滴在聚合物薄膜表面上的形狀照片。
圖4利用Cassie-Baxter方程估算聚合物薄膜實(shí)際CAs的單元模型結(jié)構(gòu)
（a，b）具有凹角結(jié)構(gòu)的六方三角突起模型。（c）三角突起結(jié)構(gòu)的俯視圖和（d）側(cè)視SEM圖像（用虛線框表示）。（e）圖d中虛線框的放大SEM圖像。（f，g）具有凹角結(jié)構(gòu)的六方矩形微柱模型。（h）利用20μm二氧化硅模板獲得的單元凹角結(jié)構(gòu)（用虛線框表示）的SEM圖像。
展開 二、大多數(shù)的接觸問題需要考慮摩擦，摩擦效應(yīng)可能是混亂的，所以摩擦使問題的收斂性變得困難。除了上面兩個(gè)難點(diǎn)外，許多接觸問題還必須涉及到多物理場(chǎng)影響，如接觸區(qū)域的熱傳導(dǎo)、電流等，更增加了求解的難度。
下載地址：秒懂 “Hertz接觸”
研究者測(cè)試了一個(gè)金屬球在冰面上的滑動(dòng)摩擦，控制冰面溫度從-100 ℃到0 ℃，小球的運(yùn)動(dòng)速度從10-6到10-1 m?s-1。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低溫時(shí)，冰面的摩擦力較大，-70 ℃開始摩擦力迅速下降，在-7 ℃時(shí)摩擦力達(dá)到最小值。[4]
實(shí)驗(yàn)過程示意圖及分子模擬。圖片來源：J. Phys. Chem. Lett.
有趣的是，摩擦系數(shù)并不隨溫度呈現(xiàn)單調(diào)變化。在低溫下，冰的表面并不滑，-100 ℃時(shí)摩擦系數(shù)為μ＝0.5，和干燥玻璃表面的摩擦系數(shù)差不多。同時(shí)，在低摩擦（-7 ℃和-21 ℃）條件下，摩擦系數(shù)與物體的滑動(dòng)速度無關(guān)，滑動(dòng)速度改變了4個(gè)數(shù)量級(jí)都不能影響摩擦系數(shù)的大小，由此可見，與速度相關(guān)的摩擦加熱并沒有起到重要的作用。
研究者隨后進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究表明大部分的冰中的水分子形成四個(gè)氫鍵，而在冰表面的“準(zhǔn)液體”層中的每個(gè)分子與兩到三個(gè)水分子以氫鍵結(jié)合。當(dāng)溫度高于-70 ℃時(shí)，只有兩個(gè)氫鍵的分子比例開始增加，與下層冰連接的氫鍵斷裂，使得冰表面產(chǎn)生了很多具有流動(dòng)性的“水分子”，實(shí)際上也可以稱作“可移動(dòng)的冰”。這就像地面上鋪了一層滾動(dòng)的圓木，冰面也因此變得非常光滑。
現(xiàn)在終于明白了吧，冰面為什么滑？什么時(shí)候最滑？這都是需要用分子動(dòng)力學(xué)來解釋的化學(xué)問題。
PS：身邊如果有高考完的年輕人向你請(qǐng)教如何填報(bào)專業(yè)，不妨把本文發(fā)給他們看下，說不定就有人就和我們一樣上了化學(xué)的車呢？
參考文獻(xiàn)：
1.https://www.vox.com/science-and-health/2018/2/13/16973886/olympics-2018-ice-skating-science-speed
2. The Surface of Ice is Like Supercooled Liquid Water. Angew. Chem. Int.
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摩擦加熱的最新內(nèi)容
判定哪個(gè)區(qū)域的摩擦加熱較高
在澆口附近和厚度較薄的區(qū)域，流向殘留會(huì)較高。這會(huì)導(dǎo)致塑料熔體的摩擦加熱。
只要從「溫度」結(jié)果檢查澆口附近和厚度較薄的區(qū)域是否有溫度升高的現(xiàn)象。
檢查溫度變化是否符合制程條件或設(shè)計(jì)變更
在大多情況下，設(shè)計(jì)師會(huì)修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制程條件，以取得優(yōu)化結(jié)果。當(dāng)您進(jìn)行變更時(shí)，以壁面厚度來說，溫度分布會(huì)因?yàn)檩^厚的塑件比較難熱散至模具而變更。
例如，接觸面間存在摩擦?xí)r的滑動(dòng)接觸，兩物體間存在局部打滑的滾動(dòng)接觸，因表面輪廓接近而導(dǎo)致較大接觸面尺寸的協(xié)調(diào)接觸，各向異性或非均質(zhì)材料間的接觸，彈塑性或粘彈性材料間的接觸，物體間的彈性或非彈性撞擊，受摩擦加熱或在非均勻溫度場(chǎng)中的兩物體的接觸等。對(duì)以上問題的研究已取得不少成果。
此外除了優(yōu)異的電磁屏蔽性能，還應(yīng)考慮在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)多功能的要求，如兼具導(dǎo)熱、焦耳加熱、摩擦發(fā)電、傳感、阻燃等。
進(jìn)行超聲波焊時(shí)，焊接工件在較低的靜壓力下，由聲極發(fā)出的高頻振動(dòng)能使接合面產(chǎn)生強(qiáng)裂摩擦并加熱到焊接溫度而形成結(jié)合。超聲波焊可以用于大多數(shù)金屬材料之間的焊接，能實(shí)現(xiàn)金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接。
其工藝流程是：鋸床下料→加熱→自由鍛制坯→二次加熱→摩擦壓力機(jī)上展開鍛造→液壓機(jī)上折彎→整形。鞍山太陽鍛造實(shí)業(yè)有限公司等公司也陸續(xù)采用此種工藝生產(chǎn)。
北京機(jī)電研究所在自由鍛造的基礎(chǔ)上，利用其在輥鍛方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合寧波捷豐機(jī)械公司，對(duì)鍛造鉤尾框采用了精密輥鍛的模鍛技術(shù)。
Frictional heating factor (摩擦加熱因子)
設(shè)置實(shí)常數(shù) FHTG，用于對(duì)滑動(dòng)摩擦生熱建模。
摩擦生熱的速率為：
q = FHTG * τ * V
其中：
τ 為當(dāng)量摩擦應(yīng)力；
V 為滑動(dòng)速率；
FHTG 為摩擦耗散能中轉(zhuǎn)換為熱能的比例因子，默認(rèn)值為 1。
文章報(bào)道了一種簡(jiǎn)單有效的策略，通過結(jié)合單向摩擦和加熱輔助組裝技術(shù)，成功的大規(guī)模制備了堅(jiān)固的，透明的超雙疏聚合物薄膜。獲得的聚合物薄膜具有兩種特殊的表面凹角形貌：六方排列三角形突起結(jié)構(gòu)和六方排列矩形微柱結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)的不同取決于所使用的二氧化硅模板的粒徑大小。
同時(shí)，在低摩擦（-7 ℃和-21 ℃）條件下，摩擦系數(shù)與物體的滑動(dòng)速度無關(guān)，滑動(dòng)速度改變了4個(gè)數(shù)量級(jí)都不能影響摩擦系數(shù)的大小，由此可見，與速度相關(guān)的摩擦加熱并沒有起到重要的作用。
研究者隨后進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究表明大部分的冰中的水分子形成四個(gè)氫鍵，而在冰表面的“準(zhǔn)液體”層中的每個(gè)分子與兩到三個(gè)水分子以氫鍵結(jié)合。
摩擦焊加熱溫度應(yīng)低于鋁銅共晶溫度(548°C)，一般控制在460～480°C。這樣既能防止產(chǎn)生脆性的金屬間化合物，又能保證有足夠的塑性變形。
