自潤滑纖維織物復合材料作為自潤滑軸承的關(guān)鍵組成部分，具有高承載、耐磨損和免維護等優(yōu)點，被廣泛應用于飛機起落架、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)展中心復合潤滑材料課題組圍繞自潤滑纖維織物復合材料在基礎(chǔ)研究和工程化應用方面開展了系列研究工作，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(yōu)異的力學性能、化學和熱穩(wěn)定性，在摩擦學領(lǐng)域具有巨大應用價值。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(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，樹脂基體發(fā)生降解和剝落，導致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，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，研究了其改性PBO纖維增強自潤滑織物復合材料的摩擦學性能，相關(guān)研究成果發(fā)表在Tribol Int(2022,168,107424；2022,174,107689；2023,179,108104)，J Colloid Interf Sci (2022,611,480-490)，Friction (2023, 11(12),2238-2252)上。

圖1 (a) Kaolin, (b) Kaolin/AgNPs雜化體, (c) HNTs, (d) HNTs /AuNPs雜化體

圖2 HNTs/Au@[HMIm][NTf₂]微膠囊制備示意圖

　　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，研究人員利用酸刻蝕擴大HNTs內(nèi)徑以提高其負載能力，再用APTES修飾HNTs以捕獲3-6nm的AuNPs在HNTs表面，利用真空注入離子液體制備了微膠囊HNTs/Au@[HMIm][NTf₂]。該微膠囊的加入使得自潤滑織物復合材料的拉伸強度和熱導率得到提升，磨損率降低了58%，在對偶面形成了厚度約40nm的摩擦膜。

圖3 HNTs/Au@[HMIm][NTf₂]微膠囊的結(jié)構(gòu)表征與成分分析

圖4 微膠囊改性PBO增強纖維織物復合材料的摩擦學性能

　　研究人員對摩擦膜進行了深入分析，認為微膠囊主要以鋪展-吸附和摩擦化學兩種機制發(fā)揮抗摩效應。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間接形成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，以及生成的鐵氧化物如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。

　　圖5 摩擦膜的結(jié)構(gòu)與成分分析

　　相關(guān)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Composites:Part A（https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107752）上。王彥玲博士為論文第一作者，張招柱研究員和楊明明副研究員為共同通訊作者。

　　相關(guān)研究獲中國發(fā)明專利授權(quán)3件（ZL 202210710430.7, ZL 202110640613.1，ZL 202211417780.0）。

　　以上研究工作得到了國家自然科學基金委的支持。