中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

    聚合物复合材料由于加工方便、成本低、密度小、尺寸稳定性好以及优异的自润滑性能和抗磨性能而得到了非常广泛的关注，并且已在航空航天、汽车、舰船及军工领域得到了大量应用。但是，作为自润滑聚合物复合材料，纯的聚合物存在很多缺点如不耐磨、摩擦系数大、机械强度小及导热性差等，严重制约了聚合物复合材料的应用。因此，在实际应用过程中需要向聚合物复合材料中加入功能增强填料，改善聚合物复合材料的摩擦学性能。在本论文中，我们选择混纺PTFE/Nomex纤维织物增强酚醛树脂复合材料和聚氨酯复合涂层作为研究对象。研究了酚醛树脂耐温性、高导热性微纳米陶瓷填料、二元杂化材料及表界面增强对混纺PTFE/Nomex纤维织物复合材料摩擦磨损性能的影响。此外，我们制备了[Bmim][PF₆]@SiO₂微胶囊和MoS₂-MWCNTs二元杂化材料，研究了[Bmim][PF₆]@SiO₂微胶囊和MoS₂-MWCNTs二元杂化材料对聚氨酯复合涂层摩擦磨损性能的影响。本论文目前取得的主要研究成果如下：

    1.酚醛树脂基体的耐温性对混纺PTFE/Nomex纤维织物复合材料及酚醛树脂复合涂层的摩擦磨损性能有非常重要的影响。我们利用钼酸对酚醛树脂进行改性，成功合成了钼酸改性的酚醛树脂(Mo-PF)，并制备了相应的混纺纤维织物复合材料和复合涂层。摩擦磨损实验结果表明采用钼酸改性酚醛树脂制备的混纺纤维织物复合材料和复合涂层摩擦学性能优于未改性酚醛树脂复合材料。

    2.随着纤维织物复合材料的服役环境越来越苛刻，很多自润滑纤维织物复合材料通常需要在高温环境下使用。通过向聚合物复合材料中添加具有高导热性的微纳米陶瓷颗粒可以大幅改善聚合物复合材料的热稳定性。为此，我们选择具有高导热性的二硼化锆(ZrB₂)和六方氮化硼(h-BN)作为填料来改善混纺PTFE/Nomex纤维织物复合材料在高温环境下的摩擦磨损性能。为了得到更为优异的摩擦磨损性能，我们在添加六方氮化硼(h-BN)的基础上还对混纺纤维织物进行了空气等离子体刻蚀处理。

    3.二元杂化材料在摩擦过程中具有协同效应。因此，二元杂化材料增强纤维织物复合材料摩擦学性能优于单一填料增强纤维织物复合材料。我们通过简单且环境友好的方法制备了Mo₂C/graphene二元杂化材料。摩擦磨损实验表明Mo₂C/graphene增强混纺纤维织物复合材料摩擦磨损性能优于单一石墨烯或Mo2C增强的纤维织物复合材料。此外，对二硼化铝(AlB₂)和氟化石墨在混纺纤维织物复合材料摩擦过程中的协同效应也进行了详细的研究。

    4.酚醛树脂基体与纤维织物及增强填料之间的界面结合强度对纤维织物复合材料的摩擦学性能有显著影响。多巴胺是一种有机小分子化合物可以在碱性缓冲溶液中进行自聚合。聚合产物聚多巴胺具有非常大的黏附性，可以粘附到几乎任何固体表面。为此，我们采用多巴胺对混纺的纤维织物和增强填料(碳纳米管和氧化石墨烯)进行表面修饰，改善纤维织物复合材料的摩擦磨损性能。结果表明，氧化石墨烯和混纺纤维织物都经多巴胺处理后制备的纤维织物复合材料表现出最佳的摩擦学性能。

    5.和干摩擦相比，润滑油脂可以大幅改善聚合物复合材料的摩擦学性能。但是，由于很多工况条件下不能使用润滑油脂，限制了聚合物复合材料的应用领域。为此，我们通过溶胶凝胶法制备了以二氧化硅为壳，[Bmim][PF₆]离子液体为核的微胶囊。微胶囊增强聚氨酯复合涂层摩擦磨损性能采用UMT-2摩擦磨损进行表征。结果表明，[Bmim][PF₆]@SiO₂微胶囊的加入可以大幅降低聚氨酯复合涂层的摩擦系数和磨损。