新材料：自潤滑纖維織物復合材料研究取得進展

　　自潤滑纖維織物復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點，被廣泛應用于飛機起落架、襟副翼、旋翼系統等部位。

　　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展中心復合潤滑材料課題組，圍繞自潤滑纖維織物復合材料在基礎研究和工程化應用方面開展研究工作，研制的多種纖維織物自潤滑復合材料得到了工程化應用。

　　聚對苯撐苯并噁唑纖維(PBO)具有優異的力學性能、化學和熱穩定性，在摩擦學領域具有應用價值。PBO纖維增強的自潤滑織物復合材料在重載、高速等復雜苛刻服役工況下，材料內部微結構發生變化，樹脂基體發生降解和剝落，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，硅酸鹽晶體結構破壞釋放出大量懸空鍵可誘發摩擦化學反應，進而改善材料的摩擦學性能。據此，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合材料的摩擦學性能。相關研究成果發表在《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合材料摩擦學性能的研究，利用酸刻蝕擴大HNTs內徑以提高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合材料的拉伸強度和熱導率，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現，微膠囊主要以鋪展-吸附和摩擦化學兩種機制發揮抗摩效應。研究發現，摩擦過程中層狀硅酸鹽進入摩擦界面，發生解離、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，提高了復合材料的耐磨性。

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