固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

纤维增强聚合物基复合材料是性能优异的水润滑摩擦材料，在水环境中可以取代依赖油脂润滑的传统金属摩擦材料，实现与环境相容的无油润滑，节省贵金属和油料等战略资源，同时避免润滑油脂泄露造成的日趋严重的环境污染问题。相比于短切纤维增强的聚合物基复合材料， 纤维织物增强聚合物基复合材料具有更高的机械强度和结构完整性，因此具有更为广泛的用途。本论文选择玻璃纤维织物、芳纶纤维织物、碳纤维织物为研究对象，主要研究了这几种纤维织物增强聚合物基复合材料在水环境中的摩擦学性能，并考察了微观界面、填料尺度、填料协同作用以及速度、载荷等外界条件对复合材料在水环境中的摩擦学性能的影响。本论文取得的主要研究结果如下：

1. 对纤维织物进行适宜的表面改性处理，如偶联剂处理、等离子体处理、酸溶液氧化刻蚀、阳极氧化等，可以有效改善纤维的表面性质如粗糙度、化学活性等，提高纤维与聚合物基体之间的界面结合力，进而提高纤维织物增强聚合物基复合材料的层间剪切强度及其在水环境中的摩擦学性能。

2. 固体润滑剂的添加可以有效改善纤维织物增强聚合物基复合材料在水环境中的摩擦学性能，但是填料的尺度却会影响到复合材料对水环境的耐受性。微米级固体润滑剂通常会破坏复合材料的界面结合和结构完整性，降低材料对水环境的耐受性，因此需要进行适宜的表面改性处理，以增强其与纤维织物及聚合物基体的界面结合力。而纳米固体润滑剂由于其高表面活性可以有效增强纤维与聚合物基体的界面结合，提高材料的结构完整性，从而提高材料在水环境中的耐受性。

3. 将润滑相纳米材料和增强相纳米材料复合填充，得益于二者的协同作用，可以既赋予纤维织物增强聚合物基复合材料极低的摩擦系数，又能有效降低其磨损率，从而制备出在水环境中具有非常优异减摩耐磨性能的纤维织物增强聚合物基复合材料。

4. 纤维织物增强聚合物基复合材料在水环境中的摩擦学性能与运行速度和载荷密切相关。高运行速度有利于在滑动表面之间水膜的生成，从而在一定程度上避免摩擦副表面的直接接触，有效地缓解磨粒磨损和粘着磨损，因而材料具有更低的摩擦系数和磨损率。而高载荷会导致滑动表面更大程度的直接接触，不利于摩擦副表面间水膜的形成和保持，易导致水润滑的失效，从而使材料的摩擦系数和磨损率增大。

5. 在三种纤维织物增强聚合物基复合材料中，碳纤维织物复合材料在水环境中具有最佳的摩擦学性能以及优异的耐受性，是非常具有潜力的水润滑材料。