聚酰亚胺复合材料摩擦力学

      随着现代科学技术的发展，高分子材料取得了令人瞩目的成就。聚合物、金属和无机非金属材料构成了当今世界的三大材料。聚合物及其复合材料成为国民经济和材料科学领域的一类重要材料得益于其优良的物理和化学性能，如质轻、比强度高、比模量高、耐疲劳、耐腐蚀、自润滑性能好、使用寿命长、维修费用低以及结构可设计性等。

      聚酰亚胺( PI) 是20 世纪50 年代发展起来的耐热性较高的一类有机高分子新材料。长期使用温度范围－200 ～ 300℃，热分解温度达600℃，是迄今有机高分子聚合物中热稳定性很高的材料之一。随着聚合物自润滑复合材料应用条件的提高，在聚酰亚胺中引入增强纤维、固体润滑剂以及功能纳米填料，能够显著改善其摩擦学性能。

      聚酰亚胺具有较好的自润滑性，可应用在干摩擦无润滑条件下。近20 年来，在聚酰亚胺复合材料摩擦学理论及摩擦副设计方面取得了重要进展。摩擦学的研究与实践表明，在聚酰亚胺基体中添加增强相( 如碳纤维、玻璃纤维和微米颗粒等) 能够显著提高聚酰亚胺的承载能力并改善其耐磨性能; 并且在聚酰亚胺－ 金属摩擦副界面生成具有润滑特性的转移膜，避免或减轻摩擦副间的直接刮擦，从而显著提高材料的摩擦学性能。聚酰亚胺基体中添加的层状固体润滑剂( 如石墨，MoS2等) 可向金属表面转移并形成润滑膜，这一观点已被摩擦学学者们广泛接受。

      聚酰亚胺复合材料凭借其良好的耐摩擦磨损性能，具有极其广泛的应用前景，但是当前仍存在一些关键科学问题制约其进一步发展:

( 1) 摩擦过程中，聚酰亚胺分子结构的变化及分子量的变化对其摩擦行为的影响缺乏系统深入的研究，无法从分子水平确定其摩擦学机理;

( 2) 聚酰亚胺的摩擦学机理研究尚未形成系统完整的理论体系，仍然缺少理论模拟与实际摩擦学理论的结合研究。

      纵观当前的研究现状，聚酰亚胺自润滑复合材料的研究取得了一定进步，凭借自身良好的机械性能和优越的自润滑性，被广泛应用于抗磨、减阻等摩擦学领域。此外，通过对前人成果的总结，发现研究人员大多从改变不同填料的角度来降低摩擦副的摩擦磨损行为，或通过改变增强相和润滑相来研究其含量和种类与聚酰亚胺复合材料摩擦学性能的关系。但是，当前的研究中仍存在许多亟待解决的问题，如摩擦磨损机理的研究尚处于摸索阶段，结构、力学的耦合关系尚不明确。同时，极端条件下新材料的应用还有待继续开发，应在继续传统摩擦学设计的同时，转变设计思路，以期获得应用更广泛、性能更优异的聚酰亚胺自润滑复合材料。