高强耐高低温自润滑复合材料的摩擦磨损性能及机理研究

The self-lubricating composite materials which have high strength and high-low temperature impact resistance performance are not only an important guarantee for longevity, reliability of the high-precision bearings under extreme conditions, but also one of the bottlenecks in the development of high-technology bearing. According to the urgent needs of our country for self-lubricating bearing retainer materials over a wide temperature range, this project will prepare high-strength thermosetting polyimide self-lubricating composite materials using at wide temperature (-200 ℃~400 ℃) by the structure design of molecular and the synergistic effect of lubricants using at high or low temperature. From the perspective of macro and micro tribology, it aims at systematically studying the influence of the molecular structure, group structure, aggregation structure, the texture structure of the composite materials and environmental factors (media, high-low temperature, high vacuum, high stress, intense radiation etc.) on the property of high-low temperature resistant and lubrication of thermosetting polyimide self-lubricating composite material, revealing the nature of friction chemical reaction and wear mechanisms, establishing long-life bearing lubrication mechanism under extreme conditions. Under the guidance of this theory, the self-lubricating composite materials having high strength and high-low temperature impact resistance performance will be prepared.

高强耐高低温冲击的自润滑复合材料是极端条件下高精度轴承长寿命高可靠的重要保证，也是目前制约我国高端特种轴承发展的瓶颈之一。本项目结合我国高精度陀螺马达对宽温域聚酰亚胺自润滑轴承保持架的迫切需求，通过分子设计和高、中、低温固体润滑剂的补偿、协同作用，制备高强宽温域（-200℃~400℃）的热固性聚酰亚胺自润滑复合材料，从微观和宏观摩擦学的角度系统地研究分子结构、基团结构、聚集态结构、复合材料的织态结构以及环境因素（环境介质、高低温、高真空、高应力、强辐射等）对热固性聚酰亚胺自润滑复合材料耐高低温性能和润滑性能的影响，揭示摩擦化学反应本质和磨损机理，建立极端条件下高端轴承的长效润滑机制，并以此为指导制备高强耐高低温聚酰亚胺自润滑复合材料。

以不同单体结构以及分子量为研究对象，系统分析了不同刚性分子以对聚酰亚胺的热学性能以及机械性能影响规律，探究聚酰亚胺材料的不同化学结构对其摩擦磨损性能的影响规律，揭示不同化学结构在摩擦过程中的摩擦化学反应本质，深化理解了不同分子刚性、分子量以及单体构型对摩擦学特性的演变规律。此外，利用聚合物复合材料-金属配副界面，系统考察了聚合物分子结构、分子量、多相耦合（增强相、固体润滑剂、特种纳米颗粒）、温度以及空间环境因素对复合材料摩擦学特性的影响规律，发现摩擦学性能与转移膜的生成紧密相关，利用聚焦离子束-透射电镜技术（FIB-TEM）定量表征了金属对偶表面生成转移膜的纳米结构，利用X射线能谱分析（EDAX）、X射线光电子能谱分析（XPS）和拉曼广谱（RS）等手段分析了界面摩擦化学反应。系统考察了转移膜结构的演变规律，阐明了主导转移膜生长的摩擦物理和化学作用，深入揭示了转移膜的形成机制及改变复合材料宏观磨擦学性能的作用机制，建立了转移膜纳米结构影响其承载能力和高低温润滑特性的微观模型。