1075 / 2023-02-26 18:16:26

力化学作用诱导的超低摩擦PTFE/PEEK异质层结构

聚醚醚酮（PEEK）材料具有工作温域宽、比强度高等优势，广泛应用于重大装备滑动密封和固体润滑场景。然而PEEK的干摩擦系数高、减摩性能差，若采用聚四氟乙烯（PTFE）共混提高其减摩性能，则复合材料的机械性能会发生显著降低。针对此类复合润滑材料减摩性能与机械性能难以平衡的矛盾，利用PTFE的微观结构和力化学特性，发展了一种力化学诱导的超低摩擦PTFE/PEEK异质层结构。采用摩擦转移和紫外激光辐照方法，将PTFE分子通过诱导偶极矩作用、氢键作用和蠕变效应沉积在PEEK材料表面，形成了兼具减摩性能和机械性能的异质层结构表面（PTFE/PEEK HL）。摩擦学测试结果显示，PTFE/PEEK HL在载荷2.0-8.0 MPa、滑动速度0.01-0.5m/s条件下的摩擦系数为~ 0.031-0.056，且磨损率达到10^-8 mm³/Nm量级，其固体润滑性能甚至接近油脂润滑界面性能。机理研究表明，PTFE/PEEK HL在摩擦过程发生了一系列力化学反应，新生成了极化交联的PTFE分子，对PTFE和PEEK均具有较好的界面亲和性。在这一力化学作用下，界面形成了“PTFE-极化交联PTFE-PEEK”的梯度结构，因而兼具了低剪切和高承载特性。分子动力学模拟和纳米压痕试验也均验证了这一机理假说。这一新型减摩耐磨结构的发现，有望解决聚合物基复合润滑材料减摩性能与机械性能难以平衡的矛盾，同时为发展高性能的滑动密封和固体润滑技术提供了新的研究角度。