无机微胶囊增强复合润滑材料及其摩擦学性能研究

Traditional self-lubricating materials was developed because of the demand for oil-free environment, and their self-lubrication was mainly depended on the transfer films on the surfaces of frictional couples; meanwhile, the lubricant properties of the materials have reached their limit due to the absence of the reinforcement of oil-lubrication. In this research, inorganic-microcapsules containing lubricant oil are used as the reinforcement to prepare new self-lubricating materials with the special property of oil/solid compound lubrication. Through this new method, the liquid lubricants and transfer films can simultaneously enhance the surface lubricating, which are generated from the inorganic-microcapsules enhanced composites. Our strategy in this research can overcome the performance limitation of the traditional materials in oil-free environment, and remarkably increase the lubricating properties. Through our research, the applicability and lubricating reinforcement of the inorganic-microcapsules in different matrix can be clarified, and the novel method for prepare the special lubricating materials can be also obtained. From the point of view of theory and application, the study will be significative for the design and application of the new class of lubricating materials with high performances.

传统自润滑材料是由于无油环境的需求而产生的，其自润滑方式主要依赖于摩擦对偶表面的转移膜，但同时也失去了油润滑的增强优势，使得自润滑材料的润滑作用已达到极限, 可谓"鱼与熊掌不可兼得"；本项目利用含润滑剂无机微胶囊为增强体，通过表面改性，工艺调节，制备出具有复合润滑特性的的新型自润滑材料, 实现同时具有液体-固体润滑相结合的复合润滑特性，达到液体润滑剂和转移膜同时增强润滑的作用，实现"鱼与熊掌可兼得"。此方法摆脱了传统自润滑材料的在无油环境中的性能局限性，能够显著提高现有材料的润滑性能。通过本项目的研究，可以明确无机微胶囊在不同材料基体中的适用性和润滑增强效果，并掌握此特殊材料制备的条件，为新型自润滑材料的实际应用提供一种新的技术与方法。该研究对自润滑材料在航天、航空、船舶等高新技术领域中的应用无论从基础研究还是从应用的角度，都具有重要的科学和实际意义。

本项目旨在利用固态纳米材料与液态润滑剂的抗磨润滑协同作用，从而显著提高聚合物复合材料的润滑性能。我们设计并制备了几种含液体润滑剂的无机微胶囊材料，通过多种分析表征研究了无机微胶囊的成型机制和尺寸分布，并进一步考察了其作为增强体对聚合物润滑材料的性能增强作用和相关摩擦学机理。另外，由于无机微胶囊壳层易破裂及成型困难，其壳层选材难度很大，因此又从无机壳层材料的润滑增强角度出发，较为全面地评价了无机纳米增强润滑材料的导热性能、机械性能及摩擦学性能，并研究和表征润滑材料的微观结构与摩擦学行为以及机械强度之间的关系，为润滑性能优异、长寿命新型聚合物润滑材料的结构与性能控制找出了一定的规律性。结果表明，聚合物复合材料中的微胶囊，在摩擦过程中受到接触应力的相互作用而破裂，将其中的液态润滑剂释放到摩擦界面，起到了良好的润滑效果，而且，微胶囊破裂释放出液态润滑剂之后，在摩擦界面上形成凹坑，其在一定程度上能够捕获磨屑，进而减少三体磨损，增强润滑性能。同时，微胶囊壳层材料的润滑耐磨协同效应对摩擦学性能也有较大的影响。通过本项目的研究，能够为新型自润滑材料的实际应用提供一种可借鉴的技术与方法。该研究对自润滑材料在高新技术领域中，无论从基础研究还是从应用的角度，都具有一定的学术价值和实用意义。