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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(jìn)展

　　聚四氟乙烯（PTFE）以其優(yōu)異的自潤滑性能在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但其分散相容性和耐磨性差仍是亟需解決的關(guān)鍵難題。

　　近年，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)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(jìn)潤滑與防護(hù)材料研發(fā)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(jié)構(gòu)調(diào)控、性能優(yōu)化及摩擦學(xué)機(jī)理等系統(tǒng)研究。研究人員通過PTFE與有機(jī)/無機(jī)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能修飾制備了系列PTFE基復(fù)合潤滑材料，解決了物理共混制備復(fù)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(fù)合潤滑材料、潤滑添加劑及涂層材料的應(yīng)用提供了理論與實驗依據(jù)。

　　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(fù)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(yōu)異的摩擦學(xué)性能與轉(zhuǎn)移膜的均勻性、結(jié)晶性及其與基底的結(jié)合作用密切相關(guān)。

圖1 不同工況下PTFE基核殼復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能研究

　　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(tuán)，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(zhuǎn)移膜的均勻性及與基底的結(jié)合強(qiáng)度是復(fù)合材料在環(huán)氧樹脂、PAO6和水潤滑體系中具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的根本原因（圖2）。

圖2 PTFE基固、液潤滑添加劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能調(diào)控

　　基于PTFE復(fù)合材料優(yōu)異的摩擦學(xué)性能與轉(zhuǎn)移膜微觀結(jié)構(gòu)間的相關(guān)性，研究人員在摩擦誘導(dǎo)下制備了PTFE基異質(zhì)潤滑涂層（PTFE/Al3+-GS和PTFE/Al3+-MXene），并對相關(guān)轉(zhuǎn)移潤滑理論進(jìn)行了模擬研究（圖3）。通過結(jié)構(gòu)分析和分子動力學(xué)模擬揭示了轉(zhuǎn)移膜的形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)演變及界面摩擦化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)機(jī)制。