復(fù)合材料具備傳統(tǒng)單一材料難以比擬的多種性能優(yōu)勢(shì)，能夠彌補(bǔ)單一材料性能的不足，能夠在多領(lǐng)域環(huán)境中有更好的應(yīng)用表現(xiàn)。不同基體和增強(qiáng)體的復(fù)材也性能大不相同，為了產(chǎn)品的高性能，就需要不斷的進(jìn)行高性能復(fù)材的研發(fā)。不斷科研突破熱塑性碳纖維復(fù)材的原因也在于此，通過(guò)熱塑性樹(shù)脂的加持來(lái)提升碳纖維復(fù)材的性能，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)熱固性碳纖維復(fù)材的性能不足。比如熱塑性碳纖維就具備傳統(tǒng)熱固性碳纖維不具有的自潤(rùn)滑性能，自潤(rùn)滑性的突出表現(xiàn)就可以讓這種高性能復(fù)材能夠在軸承領(lǐng)域中得到應(yīng)用，并且取締傳統(tǒng)軸承材料，帶來(lái)更好的應(yīng)用效果。
自潤(rùn)滑軸承的應(yīng)用領(lǐng)域
軸承機(jī)械設(shè)備中是非常重要的一個(gè)零部件，能夠有效的完成機(jī)械旋轉(zhuǎn)，減少設(shè)備運(yùn)動(dòng)中的摩擦系數(shù)，并且需要保證回轉(zhuǎn)精度，從而提升設(shè)備的工作效率。優(yōu)質(zhì)的軸承除了需要非常重要的強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能之外，還具備潤(rùn)滑性能就能夠使得軸承的效果更好。
自潤(rùn)滑屬性是代表材料的一個(gè)特性，通常情況下，自潤(rùn)滑屬性跟材料的表面摩擦系數(shù)有很大的關(guān)系，一般情況下摩擦系數(shù)越低的材料自潤(rùn)滑屬性就會(huì)高，在材料摩擦的過(guò)程中，會(huì)在材料的表面形成一些致密的膜用于降低材料整個(gè)的摩擦系數(shù)。在軸承制品的應(yīng)用中，自潤(rùn)滑屬性是非常重要的一個(gè)屬性，同時(shí)需要堅(jiān)固表面硬度，這里面就是要涉及到耐磨性，抗咬合性，熱塑性碳纖維復(fù)材制作的軸承相較于傳統(tǒng)的熱固性碳纖維復(fù)材就能夠在耐磨性、自潤(rùn)滑性上有非常突出的性能表現(xiàn)。就能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)熱固性碳纖維不能應(yīng)用到軸承上的缺失，更好的替代傳統(tǒng)金屬軸承，能夠不需要潤(rùn)滑省去一部分維護(hù)的工作，極高的強(qiáng)度性能使得其能夠重載、真空、腐蝕性等無(wú)法加油或難加油情況)下使用。相比于金屬軸承，因具有更好的自潤(rùn)滑性、更長(zhǎng)的使用壽命、更小的摩擦系數(shù)、更低的功率損耗、更優(yōu)秀的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，從而在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
Polygon Co的PolyLube系列纖維增強(qiáng)復(fù)合材料軸承
航空航天領(lǐng)域中其實(shí)早就有了高性能纖維增強(qiáng)復(fù)材自潤(rùn)滑軸承產(chǎn)品，你比如美國(guó)的Polygon Composites公司于2019年生產(chǎn)的航空航天軸承就是連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂+聚四氟乙烯(PTFE)材料，通過(guò)PTFE來(lái)彌補(bǔ)環(huán)氧樹(shù)脂基在潤(rùn)滑性能上的缺失，再結(jié)合玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)材的高強(qiáng)度和穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承在高徑向和軸向強(qiáng)度。這種高性能纖維增強(qiáng)復(fù)材制作的軸承具有高承載能力、低摩擦系數(shù)、耐腐蝕性以及自潤(rùn)滑性能特點(diǎn)，還可以降低維護(hù)人工成本，增加設(shè)備維護(hù)的間隔時(shí)間，非常適合于建筑、采礦和農(nóng)業(yè)設(shè)備的使用。
連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂之所以能夠應(yīng)用到軸承，就在于樹(shù)脂基體，是不同于熱固性環(huán)氧樹(shù)脂，熱塑性樹(shù)脂具備非常好的自潤(rùn)滑屬性，在力學(xué)性能上也遠(yuǎn)比玻璃纖維復(fù)材要高出很多，飛機(jī)上非常多的領(lǐng)域中可以應(yīng)用，如飛機(jī)機(jī)翼系統(tǒng)(襟翼、擾流板和縫翼)、飛行控制、駕駛艙控制、輔助動(dòng)力裝置、起落架、艙門(mén)系統(tǒng)和飛機(jī)內(nèi)部(座椅、儲(chǔ)物箱、閂鎖和鉸鏈點(diǎn))等地方，具備出色的耐磨性和低摩擦性，還具有非常好的咬合性能表現(xiàn)。
特瑞堡密封系統(tǒng)的HiMod系列輕量化熱塑性復(fù)合材料軸承
此外在2022年瑞典的特瑞堡密封系統(tǒng)公司推出了一款新型輕量化熱塑性復(fù)合材料軸承，這是一種增強(qiáng)型雙層軸承，其中一層為薄的低摩擦性的改性聚醚醚酮(PEEK)層，可以減少摩擦并提高耐磨性能，另一層為連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性樹(shù)脂層，二者通過(guò)使用特瑞堡的自動(dòng)纖維鋪放(AFP)專利技術(shù)結(jié)合在一起。這種熱塑性復(fù)合材料軸承不會(huì)像金屬軸承那樣可能會(huì)卡住或磨損，其滑動(dòng)摩擦系數(shù)很低(比標(biāo)準(zhǔn)軸承低50%)，可以耐受極端溫度范圍的環(huán)境(-156℃∽+274℃)，具有良好的耐久性和高韌性，吸水率幾乎為零，可以在潮濕環(huán)境中持續(xù)使用，且在極端條件下也不會(huì)膨脹或破裂，這使其應(yīng)用范圍非常廣泛。與傳統(tǒng)的熱固性復(fù)合材料不同，熱塑性復(fù)合材料在使用壽命結(jié)束時(shí)可以回收。
在跟國(guó)內(nèi)率先完成連續(xù)碳纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)材廠家智上新材的技術(shù)人員溝通中，了解到，相比較傳統(tǒng)的熱固性復(fù)材來(lái)說(shuō)，熱塑性復(fù)材具備出色的自潤(rùn)滑性就是跟熱塑性樹(shù)脂基體有關(guān)，以智上新材生產(chǎn)的CFPPS復(fù)材為例，PPS(聚苯硫醚)樹(shù)脂材料中的分子鏈由剛性苯環(huán)和硫醚鍵交替排列，呈現(xiàn)出線性高分子結(jié)構(gòu)，賦予了其出色的強(qiáng)度、硬度以及化學(xué)穩(wěn)定性。在自潤(rùn)滑屬性上雖然PPS樹(shù)脂本身不具有固體潤(rùn)滑劑，但是內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)是具有一定的“內(nèi)潤(rùn)滑”特性，結(jié)構(gòu)內(nèi)的分子間作用力相對(duì)較強(qiáng)，使得PPS樹(shù)脂在受力時(shí)能形成一個(gè)光滑且穩(wěn)定的表面層，減小了與接觸面間的摩擦。同時(shí)，PPS樹(shù)脂熱穩(wěn)定性好，在高溫下也能保持良好的機(jī)械強(qiáng)度，不會(huì)因溫度升高而軟化變形，從而保證了在高溫工況下的自潤(rùn)滑性能。
連續(xù)碳纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)材的自潤(rùn)滑屬性除了能夠在軸承上應(yīng)用，也能在密封件、其他耐磨部件上應(yīng)用，在耐腐蝕、抗疲勞、降低損耗上也極具優(yōu)勢(shì)。
