文 献 综 述

1. 课题背景

随着航空宇航技术的高速发展，对于耐磨减磨材料的要求越来越高，节能减排已成为全世界关注的焦点。高分子聚合物基复合材料因具有特有的化学惰性、摩擦因数低以及热稳定性等化学、机械力学性能而被广泛地应用在工程摩擦学领域中。这类材料本身具有一定的自润滑能力，通过添加有机或无机的减摩抗磨来增强组分而表现出良好的减磨减磨摩耐磨性能，可用来制作减摩耐磨的零部件，在航天、航空、机械等领域得到了广泛地应用。一般来说, 性能比较优异的耐高温聚合物主要有聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯酯、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）等[1]。PTFE具有许多优异的物理和化学性能，主要表现为能够在较高和较低温度下长期使用，化学稳定性好以及自身优良的自润滑性等，在化工设备的零部件、机械工业中的密封以及医学生物等方面均有广泛的应用[2]。纤维填料和一些纳米材料改性后的PTFE复合材料能够明显提高。但是目前设备小型化的发展趋势，要求材料需要能够在较高速下运行，这要求材料能在高速下也有较好的摩擦性能。

2.聚四氟乙烯及其复合材料

聚四氟乙烯（PTFE）被誉为”塑料王”，由四氟乙烯单体在自由基引发剂存在下聚合而成的聚合物。在所有的工程塑料之中，PTFE的摩擦系数是最低的。它是一种比较独特的热塑性塑料，具有十分优异的化学稳定性，其熔点为327℃，比重为2.14~2.3。PTFE具有优异的耐腐蚀性、耐热性、低摩擦系数以及良好的自润滑性。但它却具有线形膨胀系数大，耐蠕变性能差以及硬度低，导热性能差等缺点。

复合材料具有优良的物理和力学性能，例如质轻、比强度高、比模量大、成型方便等特点，近些年来，自润滑及耐磨复合材料的发展很快，尤其是聚合物基复合材料在工业上得到广泛的应用[3]。PTFE与BN、MoS2、石墨等无机固体润滑剂不同，它是一种有机高聚物，聚体内不形成支链，其分子轮廓光滑，粒径比较小，具有结晶薄片与非结晶薄片交替排列的带状结构，由于非结晶部分易滑动，故具有低摩擦因素的特性。因为PTFE摩擦因素较小，它间隔在摩擦副之间，因此具有优异的减磨抗磨特性[4]。

然而，作为当今众多产业部门中不可缺少的重要自润滑减摩降磨材料，纯PTFE却存在着硬度低、力学性能差、在较大的载荷下易”冷流”以及磨损率高等缺点，为了克服这些缺点，研究对纯PTFE采用纤维增强、无机填充、有机共混以及离子注入等适当的改性，能够有效降低摩擦因数，增强PTFE耐磨性，提高抗磨性能[4]。

PTFE基纤维增强复合材料：多数纤维具有很高的强度以及良好的导热性，能够改善聚合物的机械和摩擦磨损性能，能有效提高使用寿命[4]。碳纤维增强PTFE复合材料热传导性好，自润滑、耐磨损和耐化学腐蚀性能也很优良[5]。范清等[6]研究的玻璃纤维刚性较高，”物理交联”作用强，摩擦因素增大，其减磨效果较好。钛酸钾晶须（K2O#183;6TiO2,PTW）是种高性能的新型无机纤维材料增强体，冯新等[7]发现它能增强PTFE复合材料，有效阻止了裂纹大规模的产生和扩展，提高了耐磨性。

PTFE基无机填充复合材料：PTFE基复合材料在摩擦过程中一般会形成摩擦转移膜，而摩擦转移膜的形成对于减少摩擦和磨损有着重要意义。Bahadur等[8]研究了CuO、CuS、CuF2、Cu(C2H3O2)2#183;H2O这四种铜化合物作为添加剂对PTFE摩擦磨损性能的影响，发现CuO、CuS、CuF2这三种添加剂都有利于转移膜的形成。豆立新等[9]采用金属铜的微米和纳米粒子改性PTFE，结果表明微米铜和纳米铜有利于增强PTFE摩擦转移膜的形成。

PTFE基有机共混复合材料：聚苯酯（Ekonol）的热导率和热稳定性比较高，在高温下表现出与金属相似的非黏性流动，耐蠕变性以及自润滑等性能。Ekonol对PTFE的共混改性，有效地提高了材料的耐蠕变性能和耐磨损性能[10]。聚甲醛（POM）与PTFE共混合金显示出了优良的减摩抗磨性能，在配以少量的固体填充剂，能提高材料的尺寸稳定性、耐热性，是种理想的自润滑材料[11]。聚酰亚胺（PI）具有优异的力学性能和热稳定性，将PI填充PTFE，有效的提高了材料的抗磨性和降低了摩擦因数。