中文摘要：

本项目提出一种可在平面、球面及螺旋面上整体成型的金属背衬混编炭织物增强聚合物基自润滑复合材料衬层，用于改善低速重载下传动件的摩擦磨损性能。衬层材料以环氧树脂为基体，以炭纤维和聚四氟乙烯（PTFE）纤维混编织物为增强体。采用超声扫描成像、Micro-CT等无损检测方法对复合材料进行结构表征，分析制备工艺对复合材料微结构的影响，从材料微观结构特征出发研究其摩擦学行为，探索组分、微观结构和液体润滑剂对混编炭织物/环氧自润滑层摩擦磨损性能的影响规律，为自润滑复合材料的优化提供基础。采用力学仿真与结构分析方法，研究低速重载滑动面衬层材料的动态特性，掌握衬层摩擦磨损规律和失效机理，建立低速重载工况条件下聚合物基自润滑复合材料的性能指标评价体系。研究成果有助于认识低速重载下混编炭织物增强环氧树脂基自润滑复合材料的摩擦学行为，为改善低速重载工况下机械传动件的摩擦磨损性能提供新的方法与途径。

结论摘要：

如何获得低摩擦系数和高耐磨性的新型滑动摩擦副成为许多重载设备中的关键技术。本项目提出一种可在平面、球面及螺旋面上整体成型的金属背衬纤维混编织物增强聚合物基自润滑复合材料衬层，用于改善低速重载下传动件的摩擦学性能。衬层材料以环氧树脂为基体，以碳纤维（CF）和聚四氟乙烯（PTFE）纤维混编织物为增强体。围绕材料微结构对摩擦学行为的影响及低速重载下摩擦磨损机理两个关键科学问题，完成了复合材料制备工艺、摩擦磨损特性、微结构与摩擦磨损机理究、钢背衬层轴瓦和螺母内螺旋面衬层成型工艺与台架性能试验等研究工作。材料制备工艺重点研究了湿法及半干法制备工艺、粘结树脂及固化剂、固体润滑组分及含量、织物类型、界面处理等对衬层摩擦磨损性能及力学性能的影响，获得了干摩擦因素0.14、比磨损率5.3×10-6mm3/N﹒m的钢背CF/PTFE纤维混编增强环氧自润滑复合材料衬层。碳织物增强后的材料冲击强度可达45.3 kJ？m-2、抗压强度可达417.8 MPa，粘结剪切强度18.0MPa。CF与PTFE纤维网状织物增强有效改善了复合材料的综合性能。 CF/PTFE纤维混编织物复合材料表现出优良的摩擦磨损特性。干摩擦特性受织物排布与摩擦热的影响，摩擦因数有随载荷增大而减小的趋势，磨损率则随载荷的增加而增大，材料表现出疲劳磨损特征。微结构分析表明，包覆在碳纤维交结处的PTFE纤维区因处于材料凸峰表面而成为真实接触摩擦区，PTFE纤维磨损后形成的转移膜为主要减摩机理。油润滑下，混编织物增强后的材料摩擦因素、磨损量及摩擦温升大大降低。润滑油因碳织物的纹理结构深入摩擦面，PTFE纤维束磨损后在树脂基体周围形成自润滑膜区以补偿高接触压力区油膜的缺失，纤维的协同作用降低了衬层摩擦因素与磨损量。在螺母内螺旋面及滑动轴承轴瓦内圆柱面上，探索了复合材料衬层净形成型工艺。为解决脱模难问题，提出了一种用高强度铸造石蜡为脱模剂及涂覆工艺方案。成功试制出钢背复合材料衬层轴瓦和螺母，并在衬层工作面上形成润滑油道。800KN压力机台架试验表明，复合材料衬层可有效降低轴瓦温度，缩小配合间隙，磨损表现为局部剥离。螺旋副台架试验表明，油润滑下复合材料螺母较铜螺母传动效率相对提高了近一半。本研究充分利用了不同纤维对材料摩擦学特性的改善效果，对进一步增强材料减摩耐磨性能、开发新的衬层材料、延长减摩材料服役寿命，有着极其重要的意义。