新材料：自己潤滑繊維織物複合材料の研究が進展

自己潤滑繊維織物複合材料は自己潤滑軸受の構成部分として、高荷重、耐摩耗とメンテナンスフリーなどの利点があり、航空機着陸機、襟副翼、回転翼システムなどの部位に広く応用されている。

ここ数年来、中国科学院蘭州化学物理研究所の先進的な潤滑・防護材料研究発展センター複合潤滑材料課題グループは、自己潤滑繊維織物複合材料の基礎研究と工学化応用の面で研究を展開し、開発した多種繊維織物の自己潤滑複合材料は工学化応用を得た。

ポリパラフェニレンベンゾオキサゾール繊維（PBO）は優れた力学性能、化学と熱安定性を有し、摩擦学分野で応用価値がある。PBO繊維強化の自己潤滑織物複合材料は重荷、高速などの複雑で過酷な兵役状況の下で、材料内部の微細構造が変化し、樹脂基体が分解と脱落し、自己潤滑軸受などの機械部品の使用寿命が低下した。層状珪酸塩シートの層間作用力は弱く、摩擦せん断作用の下でシートの滑りが発生しやすく、活性二級粒子を形成して鋼の対向面に吸着すると同時に、珪酸塩結晶構造の破壊が大量の懸濁結合を放出して摩擦化学反応を誘発でき、さらに材料の摩擦学性能を改善する。これにより、このチームは多種の層状ケイ酸塩基機能材料を調製し、この種類の材料変性PBO繊維が自己潤滑織物複合材料の摩擦学性能を強化することを明らかにした。関連研究成果は『国際摩擦学』『コロイドと界面科学雑誌』『摩擦』に発表された。

この仕事は層状珪酸塩変性PBO繊維による自己潤滑織物複合材料の摩擦学的性能強化の研究に基づいて、酸エッチングを利用してHNTs内径を拡大してHNTs負荷能力を高め、APTESを用いてHNTsを修飾してHNTs表面で3 ~ 6 nmのAuNPsを捕獲し、真空注入イオン液体制を利用してマイクロカプセル（HNTs/Au@[HMIM][NTf 2]）を準備した。このマイクロカプセルの添加は自己潤滑織物複合材料の引張強度と熱伝導率を高め、摩耗率を58%低下させ、対向面に厚さ約40 nmの摩擦膜を形成した。

科学研究者が摩擦膜を分析したところ、マイクロカプセルは主に拡張−吸着と摩擦化学の2つのメカニズムで耐摩耗効果を発揮することが分かった。研究によると、摩擦過程中に層状ケイ酸塩が摩擦界面に入り、解離、破砕、シート層の滑りが発生し、摩擦副表面に吸着または補充される。機械研磨と摩擦熱の作用の下で、対偶鋼表面の大量のFeが活性化され、HNTs結晶破壊による活性基Si-、-Si-O-、-Mg-OHと活性Feが結合してSi-O-Fe、Mg-O-Fe金属セラミックス相を形成する、[HMIM][NTf 2]に含まれる活性元素F、Sと活性Feが反応してFeF 2とFeSを形成し、生成鉄酸化物(Fe 2 O 3、Fe 3 O 4、FeOなど)などが摩擦膜中に共同で存在し、複合材料の耐摩耗性が向上した。

関連研究成果Mono-dispersed AuNPs decorated enlarged halloysite nanotubes toencapsulate [HMIm][NTf2] microcapsules for improving the wear resistance of composites」と題され、「複合材料A：応用科学と製造」に発表され、中国の発明特許を3件授権された。研究は国家自然科学基金委員会の支持を得た。