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聚酰亞胺基復合材料涂層
聚酰亞胺（PI）是一種特殊的工程塑料，廣泛應用于航空航天、汽車工業、機械部件、石油化工等領域。然而，PI用于摩擦構件時，高速滑動易引起材料表面發生摩擦升溫降解和塑性變形，進而導致高磨損致使材料性能下降。因此本成果通過在Ti3C2Tx片間層中嵌入SiO2，制備了Ti3C2Tx- SiO2復合固體潤滑劑，并將其與聚酰亞胺（PI）復合得到一種新型高性能復合耐磨材料。其中Ti?C?Tx作為一種MXene材料，憑借其二維結構和優異的摩擦學特性，可通過靜電作用與PI形成強有力的結合，顯著提高復合材料的抗磨損能力和自潤滑性能；同時SiO2的引入不僅可進一步增大MXene層間距，促進片層的剝離和轉移，還增強了復合材料的硬度和熱穩定性，改善了界面結合力，使得復合材料在高溫和嚴苛環境下保持優異性能。在與傳統材料相比時，SiO?-Ti?C?Tx/PI復合材料在耐磨性上有顯著提升，且能夠在更高溫度下保持良好的物理化學穩定性。
圖1.復合涂層制備流程
圖2.MXene-SiO2的掃描電鏡圖
新材料領域、涂層技術領域。
摩擦涉及到石油化工、航空航天、汽車部件等領域，如軸承、齒輪、制動器和活塞環等。然而，大多數摩擦為不利摩擦，這不僅會造成能源浪費，使經濟效益低下，而且機器高強度工作運作也會產生磨損現象，造成設備使用壽命縮短、生產能力下降等問題，嚴重的會導致安全事故的發生。據報道,每年因摩擦產生的能源損耗約占全球一次能源的1/3，因此，研究一種使用壽命長的固體復合材料具有重要的經濟價值和社會效益。
本成果所制備的聚酰亞胺基復合材料涂層結合了聚酰亞胺的高耐溫性與SiO?、Ti?C?Tx的協同強化作用，展現出良好的耐磨、耐高溫和自潤滑性能。在Ti3C2Tx-Si02添加量為1.6wt%時, 復合涂層的平均磨損率最低，比純PI降低90.89%,比同比例的Si02-PI降低45.05%,說明MXene與SiO2協同作用，共同提高了復合材料的耐磨性；同時該復合涂層的制備通過溶液混合和熱固化處理實現，具有良好的加工性和應用前景。該復合涂層優異的綜合性能既可以保持聚合物原有的耐高溫特性，同時兼具潤滑性能，降低因摩擦產生的能量和物質損失，使其廣泛適用于高溫、高負荷及高摩擦環境下的汽車、航空、航天等領域，具有巨大的市場潛力。
圖3.復合材料的摩擦系數、磨損率及熱失重曲線
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