新材料：自潤滑纖維織物復(fù)合材料研究取得進展

　　自潤滑纖維織物復(fù)合材料作為自潤滑軸承的組成部分，具有高承載、耐磨損和免維護等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于飛機起落架、襟副翼、旋翼系統(tǒng)等部位。

　　近年來，中國科學院蘭州化學物理研究所先進潤滑與防護材料研究發(fā)展中心復(fù)合潤滑材料課題組，圍繞自潤滑纖維織物復(fù)合材料在基礎(chǔ)研究和工程化應(yīng)用方面開展研究工作，研制的多種纖維織物自潤滑復(fù)合材料得到了工程化應(yīng)用。

　　聚對苯撐苯并噁唑纖維(PBO)具有優(yōu)異的力學性能、化學和熱穩(wěn)定性，在摩擦學領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。PBO纖維增強的自潤滑織物復(fù)合材料在重載、高速等復(fù)雜苛刻服役工況下，材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，樹脂基體發(fā)生降解和剝落，致使自潤滑軸承等機械零部件使用壽命下降。層狀硅酸鹽片層間作用力較弱，在摩擦剪切作用下易發(fā)生片層滑移，形成活性二級粒子吸附在鋼對偶面，同時，硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)破壞釋放出大量懸空鍵可誘發(fā)摩擦化學反應(yīng)，進而改善材料的摩擦學性能。據(jù)此，該團隊制備了多種層狀硅酸鹽基功能材料，闡明了該類材料改性PBO纖維增強自潤滑織物復(fù)合材料的摩擦學性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《國際摩擦學》《膠體與界面科學雜志》《摩擦》上。

　　該工作基于層狀硅酸鹽改性PBO纖維增強自潤滑織物復(fù)合材料摩擦學性能的研究，利用酸刻蝕擴大HNTs內(nèi)徑以提高HNTs負載能力，用APTES修飾HNTs以在HNTs表面捕獲3~6nm的AuNPs，利用真空注入離子液體制備了微膠囊(HNTs/Au@[HMIm][NTf2])。該微膠囊的加入提升了自潤滑織物復(fù)合材料的拉伸強度和熱導(dǎo)率，使磨損率降低了58%，在對偶面形成了厚度約40nm的摩擦膜。

　　科研人員分析摩擦膜發(fā)現(xiàn)，微膠囊主要以鋪展-吸附和摩擦化學兩種機制發(fā)揮抗摩效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，摩擦過程中層狀硅酸鹽進入摩擦界面，發(fā)生解離、破碎和片層滑移，吸附或填補到摩擦副表面;在機械研磨和摩擦熱作用下，對偶鋼表面大量Fe被活化，HNTs晶體破壞產(chǎn)生的活性基團Si-、-Si-O-、-Mg-OH和活性Fe鍵接形成Si-O-Fe、Mg-O-Fe金屬陶瓷相，[HMIm][NTf2]所含活性元素F、S和活性Fe反應(yīng)形成FeF2和FeS，生成的鐵氧化物(如Fe2O3、Fe3O4和FeO)等共同存在于摩擦膜中，提高了復(fù)合材料的耐磨性。

　　相關(guān)研究成果以Mono-dispersed AuNPs decorated enlarged halloysite nanotubes to encapsulate [HMIm][NTf2] microcapsules for improving the wear resistance of composites為題，發(fā)表在《復(fù)合材料A：應(yīng)用科學與制造》上，并獲中國發(fā)明專利授權(quán)3件。研究工作得到國家自然科學基金委員會的支持。