固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

    芳香族聚酰亚胺（PI）具有耐高温、耐腐蚀、以及优异的力学和介电性能，被广泛应用于机械、电子、航空航天等领域。但传统PI的抗拉强度较低，不适宜单独作为摩擦材料使用，而加入纳米填料能显著增强PI复合材料的力学和摩擦学性能。二硫化钼（MoS₂）是一种典型的层状化合物，层内原子通过强的化学键结合，而层间存在较弱的范德华力，层与层之间容易滑移，致使MoS₂具有较低的摩擦系数；将其用作固体润滑剂时可有效改善材料的摩擦磨损性能，从而起到延长使用寿命的目的。在此基础上，我们首先分别制备了二维MoS₂纳米片（2D-MoS₂）和花状MoS₂包裹的中空碳纳米纤维（MoS₂@HCNF）复合填料；然后，利用原位聚合的方法，将获得的填料按照不同的比例添加到PI基体中制备复合薄膜和涂层，并对复合材料的热稳定性、力学和摩擦学性能进行了研究。主要研究内容和结果如下：

    首先，以绿色的乙醇和水的混合溶液作为剥离试剂，结合高速剪切剥离和梯度离心过程，成功获得性质稳定、结构均一、少层的二维MoS₂纳米片。实验结果表明改变剪切剥离的转速和时间可实现对MoS₂纳米片的尺寸及产率的有效调控。当剪切转速高达10000 rpm时，剪切剥离过程发生在湍流的、高能量密集的局部区域，剪切力和碰撞效应起主要作用。

    在此基础上，利用原位聚合法制备了2D-MoS₂/PI复合薄膜，并考察了薄膜的热稳定性和力学性能。实验发现：与添加MoS₂块体填料相比，添加等量的2D-MoS₂纳米片（<1.0wt%）可明显改善在PI基体中的分散性，并且显著提高了PI薄膜的拉伸强度（43%）和断裂伸长率（16%）；另外，热分解温度和玻璃化转变温度也有了明显的提升。这是由于2D-MoS₂（0.5wt%）均匀分散在PI基体中，增强了与基体之间的相互作用力，从而有效提升了PI的热稳定性和力学性能。

    最后，利用溶剂热法成功制备出结晶性良好的花状结构MoS₂及MoS₂包裹的中空碳纳米纤维复合填料，然后利用原位聚合法制备了MoS₂@HCNF/PI复合涂层，并对其力学和摩擦学性能进行了研究。结果显示：在PI中添加少量MoS₂@HCNF后，虽然断裂伸长率略有减小，但PI的拉伸强度得到显著提高（2.0wt%时增加51%），这源于HCNF与MoS₂的协同增强效应。此外，在水润滑以及油润滑条件下添加少量的MoS₂@HCNF可以显著减小复合涂层的摩擦系数，并提高其抗磨损性能。在水润滑下当添加量为0.5wt%时，磨损率可降低72.5%；而在液体石蜡油润滑下当添加量为1.5wt%时，磨损率降低了56%。这是由于在水或油介质的润滑下，稳定的复合结构可以在涂层与钢球接触界面处形成润滑膜，在HCNF和MoS₂的协同作用下，有效缓解了剪切力引起的对PI基体的磨损，从而提高了复合涂层的抗磨损能力。