1.树脂基复合材料的摩擦学研究现状
1.1环氧树脂简介及其发展
环氧树脂(通称为环氧基树脂)是一种环氧低聚物(epoxyolygomer，当与固化剂(硬化剂)反应便可形成三维网状的热固性塑料。环氧树脂通常是在液态下使用，经常温或加热进行固化，达到最终的使用目的;液态环氧树脂具有在固化反应过程中收缩率小，其固化物的粘接性、耐热性、耐化学药品性以及机械性能和电气性能优良的特点，是热固性树脂中应用量较大的一个品种。常用的环氧树脂是由双酚A (DPP)与环氧氯丙烷( ECH)反应制造的双酚一二缩水甘油醚(DGEBA。目前实际使用的环氧树脂80%以上属于这种环氧树脂，其通式为:
在这种环氧树脂组成中，各单元的机能是:两末端的环氧基具有反应活性;双酚A骨架提供强韧性和耐热性;亚甲基链赋予柔软性;酸键赋予耐化学药品性;轻基赋予反应性和粘接性。
环氧树脂固化物的诸性能因固化反应过程中进一步形成交联而提高。即使环氧树脂和固化剂体系相同，若采用的固化条件不同，那么交联密度也会不同，所得固化物的性能也不相同。DGEBA树脂有很多分子量不同的品级，这些品级根据其性能而有各自的用途。液态双酚A型环氧树脂主要用在涂料、土木、建筑、胶粘剂、玻璃钢(FRP)和电气绝缘等领域的浇铸、浸渍方面。固态树脂主要用于涂料和电气领域。
由于具有优良的机械、电气、化学、粘接等性能，环氧树脂被广泛应用于粘合剂、涂料、复合材料等方面。但是环氧树脂最大的缺点是固化后质脆、耐冲击性能、耐候性和韧性较差(除部分特殊品种外)。因此提高断裂韧性同时保持其它良好性能一直是环氧树脂应用研究的一个重点。国内外的研究工作者在这个领域作了大量的工作。环氧树脂的性能取决于固化剂的类型和用量，这是由于固化剂种类的不同，导致其固化体系交联网的分子量、形态和化学稳定性的不同。一般可以通过对环氧低聚物和固化剂的选择，或采用合适的改性方法在一定程度上加以克服和改进。
1.2环氧树脂的增韧
许多学者对环氧树脂的增韧进行了大量的研究。在现有的改性方法中，主要有热塑性树脂、液晶聚合物、氰酸树脂、聚氨酷、橡胶改性。这些增韧方法都可以使环氧树脂改性产物达到较好的增韧效果，有的还可以保持较好的力学性能，或在其它方面使树脂的性能有所提高，如粘结性、耐热性、加工性等。但是这些方法都或多或少地存在一些缺点，如成本提高、不易加工操作、经济实用性差等。采用高分子性体改性环氧树脂一直以来被认为是一种很有效的增韧方法，且易于操作，效果明显。
Sultan等首先发现分散的橡胶相可以增韧环氧树脂。橡胶增韧环氧树脂通常通过机械混合液态的橡胶和液态的环氧树脂，以便形成均相溶液。当这个溶液固化时，橡胶粒子作为第二相分散在材料中。可以观察到，通过加入少量的橡胶，树脂的韧性大大提高，有时甚至提高一个数量级。橡胶粒子物理增韧方法是通过增韧剂和环氧树脂达到了物理相容从而对体系进行了增韧，反应性橡胶增韧则是通过液体橡胶中含有的氨基或者轻基和环氧树脂中的环氧基发生了反应达到反应性相容，进而达到增韧的目的。较常用的橡胶增韧剂为带有活性基团的液体丁睛橡胶如端竣基丁睛橡胶(CTBN、端轻基丁睛橡胶(HTBN>和端氨基丁睛橡胶(ATBN>。这些橡胶中含有的端官能反应基团，可以和环氧树脂发生预反应，更好地与环氧树脂相容在一起。这种化学相分离过程产生的相态变化和机械性能在很多文献中都有报道。其中橡胶粒子的粒径大小f661、数量、分布状态[f671、相结构、端基官能团等对整个固化体的强韧性影响很大。周红卫等研究了橡胶颗粒和均相增韧环氧树脂复合材料的力学性能，并采用扫描电镜观察了冲击断面形貌，发现橡胶颗粒的加入提高了环氧基体的剪切变形能力，并且提高了基体的韧性。
顾国芳等对HTBN增韧环氧树脂进行了研究，分析了橡胶加入量及固化温度对环氧力学性能的影响;研究了环氧在不同温度下的固化行为，结合力学性能讨论了固化条件对HTBN增韧环氧的微观形态和韧性的影响，并从动力学
和热力学的角度分析了这种影响的原因。
韩孝族等对HTBN改性环氧树脂进行了系统深入的研究，探讨了HTBN增韧环氧树脂的力学性能和形态结构，发现HTBN的用量、HTBN中丙烯睛的含量、固化条件对所形成的HTBN橡胶颗粒的尺寸有较大的影响，并进一步影响HTBN改性环氧体系的固化性能。
目前，对于橡胶颗粒相的增韧机理，大家都认可由Bascom提出，后经Kinloch等所发展的微孔洞和剪切屈服增韧理论，即通常认为橡胶颗粒脱落和断裂后所形成的孔洞作为应力集中点而诱发基体的剪切变形。在橡胶增韧环氧树脂方面，人们的注意力己不再是增韧机理本身，而在于如何选择更好的弹性体，如何实现更好的界面粘结，以及如何实现弹性体在环氧树脂固化以前与环氧的相容等问题上。
1.3环氧树脂复合材料的摩擦学研究现状
我国是从1958年开始生产环氧树脂的，以后不仅产量迅速增加，而且品种也逐渐增多。目前我国产量最大的环氧树脂品种为双酚A型环氧树脂。但是环氧树脂的摩擦学性能却比热塑性树脂差很多，这种缺陷制约了环氧树脂在摩擦件领域中的应用，而且即使是作为普通的涂料，也由于其耐磨性差而限制了其向高性能、高档次方向发展。因此，保持其它良好性能，并且提高其摩擦学特性成为一个较大的课题。
在环氧树脂的摩擦学研究方面，Kryzhanovskii等[}}s]对环氧树脂的结构、物理状态对其摩擦学性能的影响进行了研究，发现环氧树脂的结构和物理状态是其影响摩擦性能的主要因素，处于玻璃态时，材料的摩擦系数依赖于结构中的轻基含量和交联网络的密度。
L. Chang等研究了短碳纤维和纳米Ti02粒子协同增强环氧树脂复合材料的摩擦学性能，发现直径为3 OOnm的Ti0:粒子的加入能有效保护碳纤维从而降低摩擦系数、接触温度和磨损率。
章明秋等对无机纳米粒子增强环氧树脂复合材料的滑动磨损特性、热变形稳定性、显微硬度进行了研究。结果表明，对纳米A120:微粒进行适当的表面处理有利于加强纳米微粒同基体树脂的结合，经过表面化学接枝处理后，少量的纳米A 1203(体积分数约为0.24%)即可大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能，起到显著的减摩和耐磨作用。
胡幼华等在超声波作用下，利用偶联剂将Zn0纳米微粒同环氧树脂进行复合，制备了纳米Zn0环氧树脂复合材料。结果表明，纳米Zn0环氧树脂复合材料的耐磨性优于环氧树脂;当纳米Zn0的质量分数为10%时，复合材料的磨损率最小，仅为环氧树脂的巧%，且摩擦系数也有所降低;摩擦后复合材料试样的自由体积孔穴尺寸有所增大，而且随着Zn0含量的增加，自由体积孔穴尺寸呈增大趋势。
Masaki Shlmb。等研究了环氧树脂处于不同状态时的摩擦性能，结果表明当环氧树脂处于玻璃态时，其摩擦系数随交联结构密度和材料剪切模量的增大而减小，磨损机理是摩擦表面的剪切变形和小突起部分的破裂;当环氧树脂处于玻璃化转变的过渡态时，其摩擦系数随材料阻尼性能的增大而增大，磨损机理是粘着磨损和环氧表面的软化变形，在对偶件表面出现环氧的粘着和滑移现象;当材料处于橡胶态时，其摩擦系数随交联结构密度的增大而减小，此时有大量的环氧碎片粘附在金属表面，表现为微切削磨损。而且当材料处于玻璃化转变过渡态时，其摩擦系数具有最大值。
Z. Eliezer等对环氧树脂与钢轮对磨的摩擦性能进行了研究。结果表明，材料经第一次摩擦和经第二次摩擦时其摩擦系数几乎与载荷无关，但是材料在第二次摩擦时其摩擦系数(0.8左右)比第一次摩擦时(0.3左右)要大很多，而且第一次摩擦时材料在玻璃化温度以上时其摩擦系数随温度的升高而不断增大，但经第二次摩擦时材料的摩擦系数与环境温度无关。原因是材料在第一次摩擦时，当材料温度处于玻璃化温度以上时，环氧树脂与钢轮对磨的接触面积增大从而增大了摩擦系数;而材料经二次摩擦时，摩擦时产生的高温使摩擦表面发生了一些物理或化学变化，这种变化导致摩擦时实际上是环氧树脂的氧化物与钢轮的对磨，而不是环氧树脂与钢轮对磨。他们对纯环氧树脂和第二次摩擦表面进行了ESCA谱分析，发现摩擦表面含有大量Fe203，将摩擦表面刮去15人后再进行ESCA谱分析，发现还有一定量的 Fe304存在。由此他们推测摩擦过程中磨屑的产生机理为:由于粘附而使铁屑转移到对偶面、转移铁屑的氧化、氧化物从对偶面脱落形成松散的磨屑。
1.4尼龙66的结构与性能
尼龙(聚酞胺或PA >，属热塑性材料，是五大工程塑料中产量最大、用途广、品种最多的高分子材料，己成为汽车、电子电器、机械、电气、航天航空、兵器等工业不缺少的结构材料。最早于1889年首先由Gabriel和Manss两人合作制得[[s1]，自20世纪30年代由美国杜邦公司研究所的W.HCarothers开发并实现工业化以来，己有60多年的历史。20世纪50年代初才作
为工程塑料使用，其用量一直呈增长姿态。
尼龙品种繁多，由于分子结构和结晶作用，使其具有机械性能好、强度高、耐冲击、耐疲劳、耐磨、有自润滑性，是很好的自润滑材料。其中尼龙66由于具有优良的性能而成为五大工程塑料中应用广的工程塑料之一。尼龙66是由己二胺和己二酸缩聚合成的高分子材料，其分子结构式如下:
由于尼龙66中所含有的酞胺基团(一NHCO)属于生色基团，具有较强的极性，容易受到紫外线、温度、水分等环境因素的影响，导致材料性能的劣化，降低了材料使用的安全性和使用寿命。热和氧是影响尼龙降解的主要因素。在尼龙66分子结构中位于NH基团旁的亚甲基一CH2一是最薄弱环节，在高温(大于120 0C)有氧气存在的情况下，氧首先攻击一CH2一中的氢原子形成过氧化物，过氧化物在高温下很易裂解形成自由基，自由基回过头来再攻击NH基团旁的一CH2，于是发生尼龙分子链断裂，这就是尼龙66热氧降解过程。
尼龙66在高温下除了遭遇热氧降解外，还会遭受水解。这是因为尼龙66的合成反应是一个化学平衡过程，它是可逆的，其反应式如下:n(CH2)sCH2NH2+nHOOC一(CH2)s} [(CH2)s-CO-NH-CH2-(CH2)s一}n+nH20
当高温有水时，上述反应会向左边进行，即水解。水解的结果也导致尼龙分子链发生断裂。
尼龙66发生断链的危险除了来自上述所说的热氧降解和水解外，还有可能来自紫外光引发的光降解。当尼龙66暴露在3 OOnm-400nm范围的紫外线下时，尼龙分子链中的碳氮键会发生断裂，另外NH基团旁的亚甲基一CH2一亦会发生歧化产生自由基，二者共同作用的结果是使尼龙分子链断开，尼龙分子量下降。
无论是热氧降解、水解抑或光降解，带来的都是尼龙分子量的减少，这在性能上的表现就是强度急剧下降，同时韧性损失，脆性增大。
1.5尼龙复合材料的摩擦磨损研究现状
目前，在尼龙及其复合材料摩擦磨损性能的研究方面，B ahadur等系统地研究了注塑尼龙11的摩擦磨损性能。Bahadur}g3-gs}认为纯尼龙不能形成连续的转移膜，而添加了填料的尼龙能形成均匀的、薄而且稳定的转移膜，添加了ZnF2,ZnS, PbS对尼龙11的摩擦磨损性能的影响是因为生成了一层转移膜。Bahadur}g6}研究了填料添加量以及摩擦副粗糙度对纯尼龙11以及加入CuS的尼龙11复合材料的摩擦磨损性能的影响规律。发现填料含量为35vo1.%对于尼龙11的减摩有效;随摩擦副表面粗糙度从0.04}m增大到0.3 }m，纯尼龙的磨损率也呈增大趋势，但是随摩擦副表面粗糙度从0.04}m增大到O.ll}m, CuS/PAll的磨损量不发生变化。Bahadur}g}]认为对于填充无机增强填料的聚合物的磨损存在一个最佳填充量，当填充量较少时，填料粒子在滑动接触面上较少，因此磨损主要是聚合物基体的磨损;随着填充量的增加并超过临界值时，没有足够的聚合物来填充粒子之间的空隙，因此产生了一些空位，材料变脆，因而抗磨性降低。在填充粒子的周围应该有足够的聚合物作载荷的吸收层。对钢摩擦副表面遗留下来的转移膜进行XPS分析表明[gg} } CuS, CuF发生了分解，生成了Cu, FeF6, FeS04}并且生成物质主要集中在转移膜与摩擦副相接触的基面上。考察了速度和载荷的变化对摩擦磨损的影响，发现当载荷从19.6N增大到39.2N，速度从1 m/s增大到2m/s时，材料的磨损率增加而摩擦系数林变化非常小。
河北工业大学李国禄等考察了SiC颗粒填充单体浇铸尼龙的摩擦学性能，研究结果表明，在干摩擦条件下SiC颗粒填充铸型(MC)尼龙的摩擦学性能与载荷和滑动速度的乘积值(PV)的大小有关，复合材料的摩擦系数比纯尼龙大;当PV值较低时，复合材料的耐磨性能比纯尼龙好，其磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损;当PV值较高时，复合材料的耐磨性能不如纯尼龙，其磨损机理主要是疲劳剥落，并有磨粒磨损和粘着磨损。在水润滑条件下，SiC颗粒填充MC尼龙表现出较好的耐磨性能，其摩擦学性能受PV值影响小，磨损机理主要是磨粒磨损。
随着纳米技术的发展，纳米颗粒的特殊效应引起材料领域的高度重视，它们也被应用于尼龙材料的改性研究21世纪可以说是复合材料的世代，尼龙纳米复合材料是*复合材料之一。纳米复合材料的概念是20世纪80年代提出的，90年代己有聚酞胺/粘土纳米复合材料工业化的报道，本世纪将会得到大规模应用。
