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传统润滑油在航空航天、汽车制造、工程机械等领域的应用十分广泛,但目前已无法满足飞速发展的现代工业对禁油脂和免维护提出的新要求。因此,新型固体润滑材料的开发及使用就显得尤为重要。聚酰亚胺(PI)是一种常见的高分子自润滑材料,非常适用对精度要求较高的零部件。但作为固体润滑材料,它的耐磨性较差,这严重限制其应用。因此本文探索了化学结构和无机耐磨粒子的添加对PI耐磨性的影响,从两个角度对PI的耐磨性进行了改善。首先选用均苯型、联苯型、酮酐型三种二酐单体与同一种二胺单体反应,通过两步法制备了不同化学结构的PI,即PMDA-PI、BPDA-PI和BTDA-PI。研究发现柔性最大的BTDA-PI结晶度最高,摩擦系数及磨损率最小;刚性最大的PMDA-PI分子链结晶度最低,摩擦系数及磨损率最高。分子链柔性越好,升温过程中链段运动的能力就越强,更容易排成有序紧密的晶体结构,提高分子链间作用力。这有效避免了摩擦过程中分子链的滑移和断裂,摩擦性能也就越好。综合分析这三种薄膜的性能以及成本,选用BTDA-PI作为摩擦元基体。将层状结构的云母(Mica)及二硫化钼(Mo S2)粒子作为无机耐磨粒子分别掺入所选摩擦元基体中,利用原位聚合法制备了Mica/PI(PMI)、Mo S2/PI(PMO)复合润滑薄膜。研究发现复合薄膜的力学性能、热学性能、结晶性及干摩擦性能较纯膜都有明显提高。PMI复合薄膜在1%云母填充量时摩擦系数最小,仅为0.061,击穿时间也最长,是纯PI薄膜的2.22倍。PMO复合薄膜在Mo S2填充量是2%时摩擦系数最小,为0.057,击穿时间是纯膜的2.74倍。分析认为两种无机粒子独特的层状结构和结晶诱导作用是减磨的根本原因。对两种复合薄膜的各项性能比较后发现,添加量不超过1%时,PMI复合薄膜的摩擦性能较好;无机粒子填充量高于1%后,PMO复合薄膜摩擦性能较好。这是因为云母粒子较高的硬度及表面活性导致。填充量较低时,高硬度的云母粒子均匀分散在PI基体充当硬质相,PMI复合薄膜耐磨性较好;填充量较高时,云母粒子相距较近,表面的活性基团(Si-O-Si、-OH-)使粒子间范德华力增加,造成粒子在摩擦表面沉积甚至充当磨粒,加剧磨损,耐磨性能变差。这一研究结果为PI在固体润滑领域提供了实验方案和可行性分析。