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蘭州化物所聚四氟乙烯功能潤滑材料研究取得系列進展

  聚四(si)氟(fu)乙(yi)烯(xi)(PTFE)以其優(you)異的自潤滑性(xing)(xing)能在(zai)航空航天(tian)、汽車(che)工業等領域應用廣泛,但其分散相(xiang)容性(xing)(xing)和耐磨性(xing)(xing)差仍是亟需解決的關鍵難題。

  近年,中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室功能潤滑材料課題組和先進潤滑與防護材料研發中心工程用特種潤滑材料課題組共同致力于潤滑材料的功能組裝策略、結構調控、性能優化及摩擦學機理等系統研究。研究人員通過PTFE與有機/無機材料的結構設計和功能修飾制備了系列PTFE基復合潤滑材料,解決了物理共混制備復合材料時分散不均和相分離等問題。研究成果對PTFE基聚合物復合潤滑材料、潤滑添加劑及涂層材料的應用提供了理論與實驗依據。
 
  為改善PTFE作為摩擦副元件使用時耐磨性不足的問題,研究人員制備了以PTFE為核,酚醛樹脂、聚丙烯酸酯為殼的核殼復合材料(PTFE PR、PTFE PACR),在苛刻工況下獲得了高承載性和耐磨性(圖1)。優異的摩擦學性能與轉移膜的均勻性、結晶性及其與基底的結合作用密切相關。
 
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不同工況下PTFE基核殼(ke)復合材料的結構設計和性(xing)能(neng)研究(jiu)
 
  為解決PTFE用作固、液潤滑添加劑時相容性和分散性較差的問題,研究人員借助殼體材料表面豐富的官能團,通過乳液聚合-溶膠凝膠法、靜電自組裝法制備了PTFE SiO2、MXene PTFE和GO PTFE核殼微粒。摩擦過程中轉移膜的均勻性及與基底的結合強度是復合材料在環氧樹脂、PAO6和水潤滑體系中具有優異摩擦學性能的根本原因(圖2)。
 
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圖2 PTFE基固、液潤滑添加劑的結構設計和性能調控 
 
  基于PTFE復合材料優異的摩擦學性能與轉移膜微觀結構間的相關性,研究人員在摩擦誘導下制備了PTFE基異質潤滑涂層(PTFE/Al3+-GS和PTFE/Al3+-MXene),并對相關轉移潤滑理論進行了模擬研究(圖3)。通過結構分析和分子動力學模擬揭示了轉移膜的形成機理、結構演變及界面摩擦化學反應的相關機制。
 
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  圖3 PTFE基異質涂層的設計制備及轉移潤滑機制研究
 
  上述工作由蘭州化物所楊亞文博士研究生和王娜博士完成,指導老師是王金清研究員、王宏剛研究員和李章朋特聘青年研究員。
 
  以上研究得到了國家自然科學基金項目(51675509和52175203)、蘭州化物所固體潤滑國家重點實驗室等的支持。