顆粒填充環氧復合材料的摩擦學性能研究進展

于志強，姜　月

(復旦大學 材料科學系，上海200433)

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顆粒填充環氧復合材料的摩擦學性能研究進展

于志強，姜月

(復旦大學 材料科學系，上海200433)

闡述了近年來顆粒填充環氧樹脂復合材料摩擦學性能方面的研究進展。分析了填充顆粒的種類、尺寸、含量及顆粒表面改性對填充環氧樹脂復合材料摩擦學性能的影響；討論了載荷、滑動速率及溫度等摩擦外在條件對其摩擦學性能的影響規律；探討了目前顆粒填充環氧復合材料摩擦磨損機理的研究現狀，指出了計算機模擬仿真技術將是顆粒填充環氧復合材料摩擦磨損性能未來研究的重要方向。

顆粒；環氧樹脂；復合材料；摩擦磨損；機理

環氧樹脂是一種各項性能優異的熱固性樹脂，因其具有良好的黏結性、耐磨性、機械強度、化學穩定性、耐高低溫性、收縮率低、易加工成型和成本低廉等特性，作為復合材料的基體、涂料、電子封裝、膠黏劑等而被得到廣泛的應用[1-3]。環氧樹脂的環氧基團為兩個C和一個O形成閉環,此種結構有很高的化學活性,可以與其他官能團交聯形成三維網狀結構。由于純環氧樹脂固化后呈三維交聯網絡結構，交聯密度高，內應力大、裂紋擴張為脆性擴展[4]，使得環氧樹脂的摩擦磨損性能變差，難以滿足日益發展的工程技術的要求，從而也限制了其應用。顆粒填充環氧樹脂可有效地提高其摩擦磨損性能已得到業內人士的認同。 研究結果表明，顆粒特別是納米顆粒填充改性后，其力學性能得到提高的同時，摩擦磨損性能也能得到明顯的改善[5-7]。本文針對顆粒填充環氧樹脂復合材料摩擦磨損性能的影響因素進行綜述，分析其磨損機理，并提出了今后研究應當重視的問題。

1　填充顆粒對環氧樹脂摩擦學性能的影響

關于填充顆粒對環氧樹脂復合材料摩擦學性能的影響，主要體現在顆粒種類、尺寸、含量、表面改性等幾個方面。

1.1顆粒種類

用于改善環氧樹脂摩擦磨損性能的顆粒種類目前主要有金屬顆粒、無機非金屬顆粒及有機高分子顆粒等。常見的金屬顆粒有Cu，Al，Ti，Fe等,無機非金屬顆粒,如ZnO、Al2O3、SiO2、SiC、Si3N4、TiO2、碳納米管、石墨等，有機高分子顆粒,如聚四氟乙烯(PTFE)等。

對于金屬顆粒在聚合物復合材料摩擦過程中的作用，有研究者[8]認為，金屬顆粒的填加增大了聚合物基復合材料的剪切強度，改善了聚合物轉移膜與摩擦對偶基體之間的黏結強度，從而提高了聚合物的耐磨性。在金屬顆粒Cu，Pb，Ni顆粒填充改性的PTFE復合材料的摩擦學性能研究中發現[9]，三種金屬顆粒的填加均改善了復合材料的耐磨性，其原因在于顆粒的填加均提高了PTFE復合材料的承載能力，增強了轉移膜與對偶表面間的黏附。傘金福等[10]用離子注入法將金屬離子(Al，Ti，Fe離子)注入到環氧樹脂表面，金屬離子的注入均可使環氧樹脂的耐磨性提高，摩擦因數降低。他們認為金屬離子的注入一方面使表面保持微量的吸附水，在摩擦過程中可以起潤滑減摩作用；另一方面離子注入處理導致環氧樹脂表面基團組成和鍵合狀態的改變，提高分子間的三維立體交聯程度，阻止分子鏈間的滑移，從而提高環氧樹脂的耐磨性能。

向環氧樹脂中填充無機非金屬顆粒是目前較為常用且有效地改善環氧樹脂摩擦學性能的手段。其中無機納米陶瓷顆粒由于其硬度高、剛性強、耐磨性好而被得到廣泛的關注。向環氧樹脂中填充納米ZnO顆粒可以顯著改善環氧樹脂的摩擦學性能[11]。圖1顯示的是納米ZnO顆粒的填充量對填充環氧復合材料同不銹鋼對磨時的摩擦因數和磨損率影響的變化規律曲線，可以看出，隨著復合材料中ZnO納米顆粒質量分數的增加,摩擦因數先降低然后趨于穩定；復合材料的磨損率比環氧樹脂的低，且隨著ZnO質量分數的增加,磨損率逐漸降低。

圖1　納米ZnO-EP復合材料試樣同不銹鋼對摩時的摩擦因數和磨損率隨填料質量分數變化的關系曲線[11] Fig.1　Variations in the friction coefficient and wear rate of the composites with mass fraction of ZnO[11]

湯戈等[12]在研究納米Al2O3顆粒改善環氧樹脂耐磨性的實驗中指出，添加納米Al2O3顆粒能使環氧樹脂的耐磨性能得到明顯的提高，盡管隨著添加量的增加，環氧樹脂的耐磨性經歷提高、下降、再提高的過程，但均優于純樹脂。石光等[13]也對納米Al2O3顆粒填充環氧樹脂的摩擦學性能進行了一定的研究，得出了同樣的結論。

碳納米管由于其具有極高的強度和極大的韌性自問世以來一直受到廣泛的關注。碳納米管表面結構獨特，與石墨和C60具有相似的結構，表現出較好的減摩耐磨功能。將碳納米管填充于環氧樹脂中，研究其對環氧基體摩擦學性能的影響目前已取得一定的進展。Zhang等[19]發現碳納米管填充環氧樹脂復合材料較純環氧樹脂具有更低的摩擦因數和磨損率，碳納米管在基體中的分散性對材料的摩擦學性能影響很大。文獻[20]在對碳納米管的分散程度對環氧樹脂復合材料的摩擦磨損性能的影響研究中指出。隨超聲分散時間的延長，復合材料的摩擦因數和磨損率均顯著下降。其原因認為，延長超聲時間，可提高碳納米管的分散程度，有效保護基體，防止基體在摩擦過程中發生脫落，從而提高材料的抗磨性。

在環氧樹脂中填充石墨以改善環氧樹脂摩擦學性能的研究也已見報道。利用石墨獨特的層狀結構和優異的自潤滑功能，Pan等[21]將石墨添加于環氧樹脂涂層中，并對石墨的添加量對環氧涂層的滾動磨損和沖刷磨損性能的影響進行較為深入的分析。認為環氧涂層中隨著石墨含量的增加，與金屬發生滾動摩擦時，其磨損量降低，但其耐沖刷磨損性能反而惡化。其原因是石墨的添加，提高了涂層的塑、韌性，對裂紋的萌生和擴展都起著一定的延緩和阻止作用，這對提高涂層滾動摩擦耐磨性是有利的；但隨石墨含量的增加，涂層韌性增加的同時，強度將下降，這更有利于微切削和撞擊產生磨損，因而導致沖刷磨損量增大。

有機高分子顆粒填充改性環氧樹脂摩擦磨損性能的研究目前還沒有充分的展開。報道主要集中在有機氟化物顆粒。聚四氟乙烯(PTFE)作為性能優異的固體潤滑劑，由于具有特殊的長線性分子鏈結構，在摩擦過程中能在其表面與偶件表面形成低剪切強度轉移膜，展現出較低的摩擦因數[22],將其添加到聚合物中可以顯著降低聚合物的摩擦與磨損[23]。Chang等[24]對PTFE填充環氧樹脂復合材料的摩擦學性能進行了較為系統的研究。通過對復合材料與金屬對偶面在摩擦過程中轉移膜的形成及性能表征分析，指出PTFE顆粒的加入能有效地縮短材料與金屬對偶面的磨合期。由于PTFE晶間距離大，結合能低，使得PTFE大分子在摩擦初期很容易脫離結晶區向對偶面轉移，形成均勻連續的轉移膜，導致材料的摩擦因數降低；同時隨著在對偶面較厚轉移膜的形成，在摩擦過程中能有效地防止材料表面的磨損，使磨損體積減小。Zhang等[25]對PTFE顆粒填充環氧復合材料的耐磨性進行一定的考察，結果表明，添加10%的PTFE顆粒的環氧樹脂的磨損率較純樹脂下降約30%。除PTFE外，Brostow等[26]合成了一種分子主鏈含苯環的剛性有序鏈的有機氟化物(12F-PEK)，其結構式如圖2所示。

圖2　12F-PEK 的結構式[26]Fig.2　12F-PEK[26]

他們將合成的氟化物填充環氧樹脂中制備復合材料并對復合材料的靜態、動態摩擦進行了較為深入的探究。結果表明，有機氟化物的加入對環氧樹脂復合材料的靜、動態摩擦均產生一定的影響，低濃度時，隨有機氟化物的添加，材料的動、靜態摩擦均降低，當添加濃度大于10%時，靜、動態摩擦基本趨于穩定，且動態比靜態具有更好的摩擦性能。

1.2顆粒尺寸

顆粒的尺寸對于填充環氧樹脂復合材料的摩擦磨損性能影響很大。納米顆粒由于其尺寸小、比表面積大而表現出與常規粒子不同的物理和化學性質，其與聚合物基體結合時表現出較好的界面結合。相對于微米級顆粒，納米顆粒對聚合物材料的摩擦學改性效果更為顯著。

Ng等[27]研究發現，納米級TiO2粒子比微米級TiO2粒子能更有效地提高環氧樹脂的拉伸強度和模量，同時降低復合材料的磨損率。在環氧樹脂中填充200nm的α-Al2O3與30～60nm的γ-Al2O3的復合材料的摩擦學研究表明，相同質量分數下的納米填料，粒度越小，對復合材料的摩擦學性能改善就越好。這主要是由于粒度越小，在復合材料中占有的分散體積越多，當復合材料的表面層受到磨損時，更容易進出于材料的表面層，充當耐磨支撐點。王玉輝[28]在研究不同尺寸的橡膠顆粒填充環氧樹脂復合材料的摩擦學性能時發現，1～3μm的橡膠顆粒的填充能使環氧樹脂復合材料的耐磨性得到一定程度的提高，但相比尺寸為10～80nm的橡膠顆粒填充環氧復合材料來說，其耐磨性提高的程度還有一定的差距。Wetzel等[29]實驗研究認為，在納米小尺寸顆粒填充環氧復合材料中進一步添加一定量的微米顆粒可以顯著地提高材料的耐磨性能，其原因主要是由于不同尺寸顆粒協同作用的結果。進一步分析表明，微米級的CaSiO3(4～15μm)和納米級的Al2O3(13nm)都能有效地提高環氧樹脂基體的耐磨性能。但是，它們作用的磨損機理不同。納米復合材料由于硬的納米Al2O3顆粒的存在而呈現出輕微的磨粒磨損特征；而微米級CaSiO3復合材料的良好的磨損性能可能是因為顆粒突出于樹脂材料的表層，從而減輕樹脂基體的嚴重磨損。

1.3顆粒含量

顆粒填充環氧樹脂復合材料的摩擦學性能研究表明，顆粒含量一般都有一個最佳值。齊陳澤等[5]通過實驗總結出來的納米SiO2的含量對填充環氧樹脂復合材料摩擦學性能的影響規律。指出當SiO2添加量約為6%(質量分數)時，材料的摩擦磨損性能最佳。

湯戈等[12]在研究α-Al2O3顆粒的填充量對環氧復合材料摩擦學性能影響中認為，材料的摩擦學性能并不會因添加顆粒含量的增加而呈線性變化。當顆粒添加量為低含量時，隨顆粒含量的增加，材料的耐磨性逐漸升高；當顆粒的含量達到一定值后繼續增加顆粒的添加量時，材料的性能開始下降。分析其原因認為，主要是由于高含量顆粒易發生團聚所致。Chun等[30]在研究納米clay環氧樹脂復合材料的摩擦性能時指出，納米顆粒的含量對材料的性能影響很大，并通過實驗確定當顆粒的含量在4%時(質量分數)，材料的摩擦性能表現最為優異。除此之外，在同類的實驗研究中，胡幼華等[11]確定納米ZnO的質量分數為10%時，材料的磨損率最低；Wetzel等[29]得出納米氧化鋁粒子的體積分數為2%時，環氧樹脂復合材料的磨損率降到最低，降低了30%，但在其他含量時，卻沒有這樣明顯的變化等。顆粒填充存在最佳含量原因，從前期的文獻分析認為，主要是隨著顆粒含量的增加，顆粒間的團聚逐漸加強，在較高顆粒填充量情況下，顆粒在基體中將無法達到理想的均勻分散，進而影響顆粒的潤滑作用，從而導致材料的減摩耐磨性能下降。

1.4顆粒表面改性

在制備顆粒填充環氧樹脂復合材料過程中，顆粒在環氧樹脂中的分散程度對材料的性能影響很大，特別是納米顆粒，由于其比表面積大，表面能高，粒子間極易團聚，這樣不但使納米顆粒本身的性能不能得到正常的發揮，而且還會影響復合材料的綜合性能。Zhang等[31]在研究TiO2/環氧樹脂復合材料時指出，納米粒子在聚合物中的分散情況對復合材料的摩擦和磨損性能十分敏感，如果微觀上分散均勻，其耐磨損性能可以顯著改善。為了解決這一問題，對顆粒表面進行改性，以改善顆粒在聚合物基體中的分散性，從而提高材料的性能，是一種行之有效的方法。Kim等[32]的研究表明，表面經硅烷偶聯劑改性納米氧化鋁顆粒在環氧樹脂中的分散性得到大幅度提高，其復合材料更具有耐磨損性。對納米SiC顆粒表面進行預處理，通過在顆粒表面接枝大分子聚丙烯酰胺，使得納米SiC顆粒在基體環氧中的分散性得到大幅度的改善。由于接枝鏈上含有能夠參與環氧樹脂固化反應的酰胺基團，使得納米SiC顆粒與環氧樹脂基體通過化學鍵緊密連接起來，復合材料界面強度得以提高，從而有效地阻止裂紋的引發，進一步提高了復合材料的摩擦學性能[33]。石光等[13]用硅烷偶聯劑和丙烯酰胺(AAM)分別對納米Al2O3顆粒表面接枝處理，并對表面處理前后的粒子填充環氧樹脂復合材料的摩擦性能進行分析，得出：表面經改性處理的納米Al2O3填充環氧樹脂復合材料的摩擦性能較未改性的明顯提高。在相同體積分數下，表面經改性處理的顆粒填充復合材料具有更低的摩擦因數。

2　顆粒填充環氧樹脂摩擦學性能的條件影響因素

聚合物基復合材料的摩擦學性能是材料的內部組織結構和外在條件因素綜合作用的體現。它不僅與組成材料的各組分的性質有關，還與材料所處的實驗環境和條件密切相關，如對材料施加的載荷的變化、滑動速率及溫度等影響因素。

2.1載荷

一般情況下，摩擦力的大小與作用于摩擦面間的法向載荷成正比，與接觸面積無關。但對于聚合物及其復合材料來說，當壓力較大時，摩擦力與法向載荷不呈比例關系，其與接觸面積的大小有關。在研究顆粒填充環氧樹脂復合材料摩擦學性能發現，無納米填充環氧樹脂及其納米顆粒填充環氧樹脂復合材料的摩擦因數均隨載荷的增大而減小，并到一定載荷后基本趨于穩定。這主要是因為載荷對摩擦因數的影響是通過真實接觸面積的變化實現的。當載荷較低時，環氧樹脂及其顆粒填充復合材料與金屬表面的接觸處于彈性或黏彈性狀態，實際接觸面積與載荷成正比。繼續增加載荷，復合材料與金屬表面的接觸狀態由彈性(或黏彈性)轉變為塑性或黏塑性接觸狀態，此時面積的增大完全取決于塑性變形，摩擦因數不隨載荷變化而變化，大致保持恒定[34]。

王玉輝[28]的研究結果表明，在干摩擦條件下，低載荷時材料的摩擦因數較高，高載荷時材料的摩擦因數反而變小且穩定。這主要是由于載荷增大，磨損加劇，磨損表面溫度升高，從而產生大量的轉移膜，轉移膜的存在賦予了材料很好的自潤滑特性。關于載荷對單一顆粒和混合顆粒填充環氧樹脂復合材料摩擦學性能的影響，德國凱澤斯勞滕工業大學的科研人員已開展了一定的研究工作[35]。他們將一定量的納米TiO2、石墨及兩者的混合填料填充環氧樹脂中制備復合材料，并考察了在滑動速率一定的條件下，載荷對復合材料摩擦學性能的影響。結果表明，在施加載荷范圍內(10～40N),顆粒的添加均能有效地改善環氧基體的摩擦學性能。隨著載荷的增加，單相顆粒填充環氧樹脂復合材料的磨損率增加，摩擦因數減小；混合顆粒填充復合材料具有更低的磨損率和更小的摩擦因數。載荷對復相顆粒填充復合材料的摩擦學性能的變化影響不大，其原因主要是由于混合顆粒之間的協同作用，摩擦副表面轉移膜有效地形成以及納米顆粒的強化效應共同作用的結果。

2.2滑動速率

滑動速率對聚合物基復合材料的摩擦因數和磨損率都有一定的影響。一般來說，隨滑動速率的增加，材料的摩擦因數和磨損率都會隨之有所增加。孟凡寧等[36]分析了不同摩擦條件下環氧樹脂的磨損率隨滑動速率的變化規律，指出在干摩擦下材料的磨損率隨滑動速率的增加而明顯增加；水潤滑下的磨損率在滑動速率較低情況下，磨損率增加較少，在高速時磨損率變化較大。于晶等[37]考察了在干摩擦條件下向端異氰酸酯基聚丁二烯液體橡膠與環氧樹脂復合材料(ETPB)中添加一定量的納米Al2O3前后復合材料的磨損率及摩擦因數與滑動速率之間的關系。得出ETPB的磨損率隨滑動速率的增加明顯增加，而添加納米Al2O3后的磨損率顯著降低，且隨滑動速率增加其磨損率變化不大。納米Al2O3添加前后復合材料的摩擦因數均隨滑動速率增加有所增加，但納米Al2O3的加入使ETPB 的摩擦因數明顯降低。

文獻[38]還研究了在一定載荷作用下，滑動速率對單一顆粒和復相顆粒填充環氧樹脂復合材料的摩擦學性能的影響。在一定載荷作用下，隨著滑動速率的增加，納米TiO2/環氧樹脂復合材料的磨損率在較高滑動速率下(0.6～3m/s)逐漸增加,摩擦因數在整個滑動速率考察范圍內呈下降趨勢；單一石墨填充環氧樹脂復合材料摩擦因數受滑動速率變化的影響很小，基本上處于恒定值。由于混合顆粒的協同作用，使得納米TiO2和石墨混合填充環氧樹脂復合材料在滑動速率范圍內具有更低的磨損率，除0.2m/s外，復合材料呈現出最低的摩擦因數，表現出該材料具有更加優異的摩擦學性能。

2.3溫度

溫度是影響聚合物及其復合材料摩擦學性能的主要因素之一。聚合物復合材料摩擦和磨損失效破壞大多與材料性能對溫度的高度依賴性有關。一般情況，在低溫環境下，隨著溫度的降低，聚合物及其復合材料的表面硬度增加，同時也提高了無定形或半結晶材料的結晶度。硬度的增加提高了材料的抗變形和抗磨粒磨損性能，從而改善了材料的耐磨性能；在高溫環境下，隨溫度的升高，在摩擦熱的作用下，聚合物表面層的物理狀態發生了由玻璃態向高彈態、黏流態轉變，由于表面形成了低黏度的黏流層而使聚合物材料具有低而穩定的摩擦因數和較高的磨損率。張宗華等[39]研究了納米氧化鋁顆粒表面改性對Al2O3/環氧樹脂復合材料玻璃化轉變溫度的影響規律，對于表面改性的Al2O3/環氧體系，由于改性納米顆粒與環氧相容性較好，對體系增黏效果小，所以固化劑在環氧中的擴散較均勻，最終使復合材料的玻璃化轉變溫度降低幅度較小。針對從溫度對材料熱變形性的影響的角度，研究溫度對材料摩擦學性能的影響規律，紀秋龍等[40]考察了環氧樹脂及其SiC顆粒填充復合材料在一定溫度條件下的熱變形變化，如圖3所示。可以看出，在環境溫度高于100℃情況下，隨溫度升高，環氧樹脂及其填充復合材料的熱變形均明顯增加，表明材料的抵抗熱形變的能力下降，硬度降低，其結果將導致材料的耐磨性能下降。相比之下，在相同的溫度下，表面接枝PAAM改性的SiC顆粒填充環氧復合材料具有更強的抵抗熱形變能力，顆粒表面有機改性后表現出與環氧基體更好的界面結合，增強效應加強，因此該復合材料在反復的摩擦熱機械作用過程中會表現出更好的耐磨損性能。

圖3　環氧樹脂及其復合材料的熱變形曲線[40]Fig.3　Heat distortion behavior of epoxy and its composites[40]

石光等[13]也對納米氧化鋁顆粒的填充對環氧樹脂的熱變形行為影響進行了分析。結果表明,含經過表面處理的納米Al2O3復合材料的熱變形量比環氧樹脂基體的小，特別是接枝處理納米微粒填充復合材料的熱變形量顯著降低。說明引入納米微粒可提高材料的耐熱變形能力，從而使材料在往復摩擦過程中能夠保持較好的尺寸穩定性，表現出良好的摩擦磨損性能。

顆粒填充環氧樹脂復合材料的摩擦學性能除上述條件影響因素外，還受滑動距離、接觸方式、潤滑條件及對磨面表面結構與性質等因素的影響。針對不同材料組成體系，有不同的影響結果。從目前該領域的研究情況來看，這些影響因素對其他聚合物基體顆粒填充復合材料摩擦學性能的影響已進行一定程度的研究，但考察這些因素綜合作用對環氧樹脂基顆粒填充復合材料摩擦學性能的影響還需進一步充分展開。

3　顆粒填充環氧樹脂復合材料磨損機制

磨損是一種十分復雜的微觀動態過程。聚合物及其復合材料的磨損機制通常主要有黏著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損[41，42]。黏著磨損主要與材料的分子間作用力有關，任何可以提高材料的潤滑性能或交聯反應的技術均可改善其耐黏附磨損性能,其主要特征是在對偶面上產生轉移膜。磨粒磨損主要由復合材料中的硬質顆粒和硬質粗糙的對磨面引起的，復合材料強的界面結合以及任何可以提高表面硬度或強度的處理技術均可改善材料的耐磨粒磨損性能。疲勞磨損主要是由于裂紋的形成引起的，經常發生在對磨面表面較光滑、黏附磨損較輕的情況下，疲勞磨損率一般比前兩者低。前期實驗結果表明，純環氧樹脂在反復摩擦力作用下的磨損機制主要是黏著磨損。顆粒加入后，由于顆粒在磨損表面起保護基體作用，其磨損機理將轉為磨粒磨損和疲勞剝落。

齊陳澤等[15]用掃描電鏡觀察了在干摩擦條件下納米SiO2顆粒填充環氧樹脂復合材料的磨損表面形貌，發現純環氧樹脂表面粗糙，存在大量的片狀和粒狀磨屑，分析其磨損機制主要是黏著磨損；填充4%納米SiO2的復合材料的磨損表面相對較光滑，但仍存在細小的顆粒和犁溝，推測其磨損機制主要為磨粒磨損和黏著磨損。羅穎等[17]在分析納米Si3N4顆粒表面改性前后填充環氧樹脂復合材料的磨損機理時指出，純環氧樹脂在摩擦力的反復作用下，裂紋是從表面層以下開始發展的，表現為非常嚴重的疲勞磨損和黏著磨損。顆粒表面有機改性后，由于提高了顆粒與環氧基體的相容性和界面黏結強度，從而能有效地傳遞應力，阻止裂紋的擴展，由嚴重的疲勞磨損及黏著磨損轉為輕微的磨粒磨損。汪加勝等[43]研究了納米氮化硅粒子和短碳纖維混雜填充環氧樹脂前后材料的磨損機制的變化。結果表明，純環氧樹脂的摩擦表面仍出現了嚴重的黏著磨損破壞，而混雜填充復合材料磨損表面磨屑增多，說明磨損機理從黏著磨損逐漸過渡到磨粒磨損。他們還對磨損變化過程進行推測分析，認為顆粒的含量對磨損機制的改變有一定的影響。在低體積含量時，由于顆粒和纖維脫落均比較少，脫落的部分有助于環氧樹脂在對偶面形成的轉移膜的穩定性，主要是黏著磨損機理在起作用；高體積分數時，顆粒的團聚將導致脫落的幾率大大增加，而磨屑又會破壞在對偶面上形成的轉移膜，在轉移膜的不斷形成和被破壞的循環中，復合材料的磨損機理將從黏著磨損轉變成磨粒磨損，其中還夾雜著疲勞磨損。總之，顆粒填充環氧樹脂復合材料磨損機制的影響因素很多，如顆粒的性質、測試條件、潤滑條件及接觸面特性等，條件不同，作用的結果不同。在材料的實際磨損過程中，可能是一種機制在起主要作用，也可能是幾種機制共同作用的結果。

4　結束語

顆粒填充環氧樹脂基復合材料的摩擦學性能的研究目前已取得了一定的成果。從前期的研究狀況來看，主要集中在對材料的內部組成和外部條件因素對摩擦和磨損性能的影響考察，而綜合考慮多方面因素對材料的摩擦學性能的影響研究還尚未特別充分的展開。隨著減摩耐磨部件對材料的性能要求越來越高，開發新型高性能顆粒填充環氧復合材料的研究將是擺在研究者面前的一個重要的課題。設計研制高性能填充顆粒，如從單一顆粒變為復相顆粒、顆粒的不同性質、不同尺寸的調配，另外顆粒與環氧基體間的界面相容性設計等問題，將是解決這一課題的重要思路。顆粒填充環氧樹脂復合材料的摩擦磨損機理影響因素很多且復雜。一般，對于一定條件下的摩擦磨損過程通常是一種或幾種磨損機理綜合作用的結果，因此，深入全面分析顆粒填充環氧復合材料在摩擦磨損中的變化機制，探究材料的結構與其摩擦學性能的關系，總結材料磨損和失效規律，進而進一步揭示材料的潤滑和減摩耐磨本質，為材料設計提供一定的理論依據，這方面還有大量的工作要做。計算機輔助設計在當今材料研究領域已起著非常重要的作用。利用計算機模擬仿真技術研究材料摩擦磨損過程中的熱性能變化，從而指導材料的組織性能設計，將是顆粒填充環氧復合材料摩擦磨損性能未來研究的重要方向。

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Research Progress in Tribological Properties of Particles Filled Epoxy Resin Composites

YU Zhi-qiang，JIANG Yue

(Department of Materials Science,Fudan University,Shanghai 200433，China)

The recent progress of researches on the tribological properties of the epoxy resin composites filled by the particles was reviewed. The influences of species,sizes,content,surface modification of the particles on the tribological properties of filled epoxy composites were analyzed. The effects of the external factors such as load,sliding speed and temperature on the tribology were summarized. The mechanism of friction and wear were discussed. It is pointed out that the computer simulation technology will be the developing tendency of friction and wear mechanism of the particles/epoxy resin composites in the future research.

particle; epoxy; composite; friction and wear; mechanism

10.11868/j.issn.1001-4381.2016.03.018

TB332

A

1001-4381(2016)03-0114-08

國家自然基金項目(51273044)

2014-02-28；

2015-10-12

于志強(1965-)，男，副教授，博士，研究方向：復合材料，聯系地址：上海市邯鄲路220號復旦大學材料系(200433)，E-mail:yuzhiqiang@fudan.edu.cn