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大連理工大學蹇錫高院士團隊：一種提高PPESK復合材料耐磨性的界面改性新策略

2024-01-05 來源：高分子科技

高速、重載、極端環境等苛刻條件下服役的高端裝備傳動或轉動系統對耐高溫、高耐磨、高強度樹脂基自潤滑復合材料需求迫切。雜萘聯苯聚芳醚酮（PPESK）既耐高溫又可溶解，是一種非常有潛力的高性能工程塑料，PPESK自潤滑復合材料具有較優的摩擦性能。然而，樹脂基復合材料為多相體系，不可避免的存在填料與基體相容性較差的問題。在摩擦過程中填料容易從基體相中脫離，導致復合材料磨損量增大，從而限制了它的實際應用。因此，迫切需要開發一種優化填料與基體之間界面結合強度的簡便策略，以提高復合材料的耐磨性能。

耐磨自潤滑樹脂基復合材料組分中同時包括多種硬質增強相和固體潤滑相，各組分的表面結構各不相同且界面相互作用復雜，單一偶聯劑的使用難以滿足界面改性的需求。因此，合適的偶聯劑種類、含量及其之間的協同作用對復合材料的界面性能和摩擦性能至關重要。

近日，大連理工大學蹇錫高院士團隊以硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑復配對耐磨自潤滑填料實現一步法界面改性，并通過模壓成型制備出磨損性能優異的PPESK復合材料。利用RSM的“Box-Behnken Design”分析偶聯劑種類、含量及其相互作用對PPESK復合材料磨損系數的影響，并得出最佳改性策略。通過XPS、XRD譜圖表征偶聯劑的改性情況，并對復合材料的摩擦性能、熱性能和力學性能進行評價。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和三維表面測量系統(3D)對磨損表面進行觀察，分析復合材料的潤滑機理。在此基礎上，制備了樹脂基復合材料航空發動機燃油泵高速止推軸承，并研究了其在3號噴氣燃料環境中的摩擦性能和介質耐受性能。該工作以“A novel interfacial modification strategy to improve the wear resistance of PPESK composites”為題發表在《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》，第一作者為大連理工大學化工學院的博士研究生鮑慶光，通訊作者為李楠高級工程師。相關研究工作得到國家自然科學基金（52203081）等資助。