科研進展
蘭州化物所自潤滑織物襯墊材料摩擦磨損研究取得系列進展
自潤滑織物襯墊材料作為自潤滑關節(jié)軸承的關鍵部件，其摩擦、磨損性能直接決定自潤滑關節(jié)軸承的服役行為和使用壽命。
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多年來致力于纖維織物襯墊材料的設計、制備及其摩擦學性能方面的研究，研制出了一系列高性能新型自潤滑織物襯墊材料。在織物襯墊制備工藝優(yōu)化、填料增強劑填充、界面修飾、引入納米材料界面增強相等方面開展了系列研究工作，完成了對織物襯墊復合材料熱性能、界面性能及轉移膜結構的有效調控，對織物襯墊在不同服役工況下的潤滑及磨損失效機制進行了深入研究。
為解決重載、高速等工況下織物襯墊材料承載差、摩擦熱累積的問題，研究人員通過向織物襯墊材料引入高硬度、高導熱的陶瓷納米顆粒，通過表面修飾、結構調控、復合填充以及功能組裝等方法，有效提升了織物襯墊材料的熱穩(wěn)定性能和承載耐磨性能。相關成果發(fā)表在Tribol Int（2022,169,107495; 2022,176,107879）、Friction (2021,9,1110-1126)、Compos Commun (2022,31,101114)和Polym Compos (2021,42,6467-6477; 2021,42,3539-3549)上，獲中國發(fā)明專利授權兩項（ZL202110577687.5，ZL202110235708.5）。
近期，該團隊研制出一種新型的MXene@UiO-66-NH2雜化納米流體（圖1），采用類流體表面修飾技術改性MXene/UiO-66-NH2雜化納米顆粒，有機層的接枝能大大降低了雜化納米顆粒的表面能，有利于納米顆粒的分散以及與樹脂基體的結合，在保留雜化顆粒固有屬性的同時，能更好地與樹脂基體形成相容性好且穩(wěn)定的體系。
圖1 MXene@UiO-66-NH2雜化納米流體制備及反應機理示意圖
該研究工作選取硅烷-聚醚胺有機長鏈分子作為外殼，耦合層狀MXene納米片和UiO-66-NH2納米粒子作為復合納米核，制備出了二元納米核結構類流體MXene/UiO-66-NH2 NFs。系統(tǒng)考察該類流體的理化性質（圖2）及其作為織物襯墊潤滑添加劑時的摩擦學行為（圖3）。研究結果表明，MXene/UiO-66-NH2 NFs的添加有效提升了PI/PTFE織物襯墊材料的減摩抗磨性能。透射電鏡分析結果顯示，轉移膜中同時包含相當量的MXene和ZrO2納米顆粒，提出了兩者可提高轉移膜的剪切特性和承載能力的觀點。
圖2 MXene@UiO-66-NH2雜化納米流體的形貌和流變性質
圖3 PI/PTFE織物襯墊材料摩擦轉移膜結構表征
相關成果近期以“Novel design of MXene@UiO-66-NH2 hybrid nanofluids towards promoting the mechanical and tribological performance of fabric composites”為題發(fā)表在Composites:Part A(2022,161:107122）上。劉夢博士為該論文第一作者，張招柱研究員和袁軍亞助理研究員為共同通訊作者。
以上研究工作得到了國家自然科學基金和甘肅省自然科學基金的支持。
