蘭州化物所在核殼復(fù)合功能潤滑材料研究中獲進(jìn)展
| 來源: 蘭州化學(xué)物理研究所 【字號:大 中 小】
高端機(jī)械裝備對自潤滑運(yùn)動零部件的承載能力、工況適應(yīng)性和服役壽命等性能提出了更嚴(yán)格的要求,傳統(tǒng)潤滑材料已無法適應(yīng)苛刻服役工況的應(yīng)用需求。近年來,發(fā)展兼具低摩擦、長壽命和多環(huán)境適應(yīng)性于一體的功能潤滑材料,已成為摩擦學(xué)領(lǐng)域的前沿方向。
近日,中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所功能潤滑材料課題組和工程用特種潤滑材料課題組,基于不同組分間界面相互作用的設(shè)計與功能組裝策略,開展了聚四氟乙烯(PTFE)基核殼復(fù)合潤滑材料在結(jié)構(gòu)調(diào)控、潤滑與耐磨性能優(yōu)化和摩擦學(xué)機(jī)理等方面的系統(tǒng)研究,為設(shè)計強(qiáng)韌兼?zhèn)渑c多環(huán)境適應(yīng)性的功能潤滑材料提供了實驗依據(jù)和理論指導(dǎo)。
研究人員將原位聚合法和熱壓成型技術(shù)相結(jié)合,研制出核殼聚四氟乙烯@酚醛樹脂(PTFE@PR)復(fù)合材料。該復(fù)合材料在不同溫度、載荷、速度和對偶粗糙度等多工況下均具有優(yōu)異的自潤滑和耐磨損性能,并在摩擦誘導(dǎo)作用下表現(xiàn)出雙相聚合物鏈長程有序的定向轉(zhuǎn)移膜形成機(jī)制(圖a)和增強(qiáng)作用。
另外,研究人員利用靜電自組裝法構(gòu)筑了二維MXene(Ti3C2Tx)納米片包覆PTFE的核殼復(fù)合粒子(pMXene@PTFE)及其增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂基涂層材料。核殼粒子不僅能抑制MXene的氧化,而且賦予涂層材料良好的強(qiáng)韌化效應(yīng),實現(xiàn)了潤滑性與耐磨性的協(xié)同優(yōu)化,使涂層材料在大氣環(huán)境、高濕度(RH:80%)和真空(3×10-5 mbar)環(huán)境下均表現(xiàn)出穩(wěn)定的潤滑與耐磨性能。其機(jī)理主要是PTFE的引入有助于MXene片懸鍵的鈍化,可有效抵抗活性分子的潛入,從而表現(xiàn)出對環(huán)境的不敏感性(圖b)。研究表明,兩者的靜電復(fù)合抑制了MXene片和PTFE顆粒在摩擦剪切力下的自聚集,提高了PTFE在環(huán)氧樹脂基體中的分散穩(wěn)定性和相容性,表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng),為樹脂基體的接觸載荷提供了應(yīng)力傳導(dǎo)通道,從而降低了潤滑材料的疲勞磨損。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Tribology International(1、2)和Carbon上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。
具有多工況環(huán)境適應(yīng)性的PTFE基核殼復(fù)合潤滑材料的摩擦轉(zhuǎn)移機(jī)理
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