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宽温域聚合物自润滑复合材料摩擦学性能研究

宽温域聚合物自润滑复合材料摩擦学性能研究

齐慧敏

西南科技大学 制造过程与测试技术教育部重点实验室，四川 绵阳，621010

Email: huimqi@swust.edu.cn

摘 要: 机器在运转时，相对运动零部件接触部分存在着摩擦和磨损，摩擦产生较高的热量导致能量损失，磨损降低了机械部件的可靠性和使用寿命。因此，选择性能优异的润滑材料是延长设备服役寿命、增加设备可靠性的有效途径之一。聚合物复合材料因其较好的自润滑性、结构可设计性、质轻高强和耐腐蚀等优点可广泛应用于机械工程、航空航天等领域。为了探索宽温域环境中聚酰亚胺与金属对偶间的润滑机理，本工作研究了含氟(FPI)及含硫(SPI)原子的聚酰亚胺在-100~100℃范围内的摩擦学性能。结果表明，氟原子和硫原子的引入对聚酰亚胺的力学性能和摩擦学性能有显著影响。其中，摩擦结果表明FPI的摩擦系数最高，且FPI和SPI的磨损率要远高于PI。同时，体系中引入富勒烯碳作为润滑添加剂，极大改善了聚酰亚胺在宽温域的摩擦学性能，为了进一步揭示不同分子结构聚酰亚胺的润滑机理，对转移膜的结构和组成进行了SEM、EDS及XPS表征。由聚酰亚胺与Fe的分子动力学模型计算结果发现，F和S的极化作用使得SPI和FPI的相互作用势能大于PI，从转移膜的结构来看，SPI和FPI容易粘附在对应物表面且发生化学反应。XPS分析进一步证实了SPI、FPI与Fe发生摩擦化学反应的可能性。同时，基于分子动力学模拟考察了富勒烯碳在摩擦剪切过程中的作用机理。本研究将为其他聚合物分子设计及其摩擦学研究提供理论指导。



关键词: 聚合物复合材料；宽温域；转移膜；润滑机理；摩擦化学





图：宽温域聚合物自润滑复合材料摩擦示意图、摩擦系数变化趋势及理论模拟

参 考 文 献：

[1]C. Hu, H. Qi, J. Song, G. Zhao, J. Yu, Y. Zhang, H. He, J. Lai, Appl. Surf. Sci., 2021, 560, 150051.

[2] H. Qi, Y Lei, G Zhao, J Xin, L Zhou. Tribology Internatianal 2022, Accepted.

[3] H. Qi, G. Zhang, L. Chang, F. Zhao, T. Wang, Q. Wang, Advanced Materials Interfaces, 2017, 4, 1601171.

[4] C. Hu, H. Qi, J. Yu, G. Zhang, Y. Zhang, H. He, J. Mater. Process. Tech., 2020, 281, 116602.