纳米颗粒TiO2和SiO2对碳纤维/超高分子量聚乙烯复合材料力学和摩擦学性能的影响*

曹凤香 王亚楠 吴坤尧

(西安航空学院材料工程学院 陕西西安 710000)

碳纤维(CF)由于具有高的比强度、比模量和优异的润滑性,常被用作各种聚合物的增强材料[1-2]。碳纤维/聚合物复合材料，由于其具有低的密度、高的比强度、良好的自润滑性等特点，而被作为密封件、减震垫、齿轮、轴承等广泛应用在航空航天领域[3-6]。近年来，随着科技的发展，对应用于苛刻环境下(高承载、高速度)的碳纤维/聚合物复合材料提出了更高的要求。然而，由于碳纤维表面石墨化的结构，使得纤维表面惰性比较大、表面能低、有机官能团少，从而使得碳纤维与聚合物基体的界面结合性比较差。差的界面结合极易引起CF界面的应力集中，诱发裂纹产生而导致摩擦元件失效，引发一系列严重问题。因此，优化复合材料的界面性质，获得高强、高耐磨的碳纤维/聚合物复合材料，对于满足航空航天等工业领域苛刻条件下润滑材料的需求具有重要意义。

许多研究人员通过在碳纤维/树脂复合材料中引入纳米颗粒，构筑微纳多尺度共增强复合材料，来改善复合材料的界面强度和韧性，同时分散碳纤维所承受的应力，获得了高强、高耐磨碳纤维/树脂复合材料。文献[7-9]系统地研究了纳米SiO2和TiO2改善碳纤维/树脂复合材料耐磨性的机制，认为由于纳米颗粒有效地分散了碳纤维所承受的应力，保护了碳纤维与聚合物基体间的界面，避免了摩擦磨损过程中碳纤维的拔出。文献[10-13]在此方面也做了大量工作，同样发现纳米颗粒能够有效降低碳纤维周围的应力集中，提高碳纤维/树脂复合材料的减摩抗磨性能。……