復合材料具備傳統(tǒng)單一材料難以比擬的多種性能優(yōu)勢，能夠彌補單一材料性能的不足，能夠在多領域環(huán)境中有更好的應用表現(xiàn)。不同基體和增強體的復材也性能大不相同，為了產(chǎn)品的高性能，就需要不斷的進行高性能復材的研發(fā)。不斷科研突破熱塑性碳纖維復材的原因也在于此，通過熱塑性樹脂的加持來提升碳纖維復材的性能，從而彌補傳統(tǒng)熱固性碳纖維復材的性能不足。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滑性能，自潤滑性的突出表現(xiàn)就可以讓這種高性能復材能夠在軸承領域中得到應用，并且取締傳統(tǒng)軸承材料，帶來更好的應用效果。
自潤滑軸承的應用領域
軸承機械設備中是非常重要的一個零部件，能夠有效的完成機械旋轉(zhuǎn)，減少設備運動中的摩擦系數(shù)，并且需要保證回轉(zhuǎn)精度，從而提升設備的工作效率。優(yōu)質(zhì)的軸承除了需要非常重要的強度、硬度等力學性能之外，還具備潤滑性能就能夠使得軸承的效果更好。
自潤滑屬性是代表材料的一個特性，通常情況下，自潤滑屬性跟材料的表面摩擦系數(shù)有很大的關系，一般情況下摩擦系數(shù)越低的材料自潤滑屬性就會高，在材料摩擦的過程中，會在材料的表面形成一些致密的膜用于降低材料整個的摩擦系數(shù)。在軸承制品的應用中，自潤滑屬性是非常重要的一個屬性，同時需要堅固表面硬度，這里面就是要涉及到耐磨性，抗咬合性，熱塑性碳纖維復材制作的軸承相較于傳統(tǒng)的熱固性碳纖維復材就能夠在耐磨性、自潤滑性上有非常突出的性能表現(xiàn)。就能夠彌補傳統(tǒng)熱固性碳纖維不能應用到軸承上的缺失，更好的替代傳統(tǒng)金屬軸承，能夠不需要潤滑省去一部分維護的工作，極高的強度性能使得其能夠重載、真空、腐蝕性等無法加油或難加油情況)下使用。相比于金屬軸承，因具有更好的自潤滑性、更長的使用壽命、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，從而在各行各業(yè)得到廣泛應用。
Polygon Co的PolyLube系列纖維增強復合材料軸承
航空航天領域中其實早就有了高性能纖維增強復材自潤滑軸承產(chǎn)品，你比如美國的Polygon Composites公司于2019年生產(chǎn)的航空航天軸承就是連續(xù)玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂+聚四氟乙烯(PTFE)材料，通過PTFE來彌補環(huán)氧樹脂基在潤滑性能上的缺失，再結(jié)合玻璃纖維增強復材的高強度和穩(wěn)定性來實現(xiàn)軸承在高徑向和軸向強度。這種高性能纖維增強復材制作的軸承具有高承載能力、低摩擦系數(shù)、耐腐蝕性以及自潤滑性能特點，還可以降低維護人工成本，增加設備維護的間隔時間，非常適合于建筑、采礦和農(nóng)業(yè)設備的使用。
連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂之所以能夠應用到軸承，就在于樹脂基體，是不同于熱固性環(huán)氧樹脂，熱塑性樹脂具備非常好的自潤滑屬性，在力學性能上也遠比玻璃纖維復材要高出很多，飛機上非常多的領域中可以應用，如飛機機翼系統(tǒng)(襟翼、擾流板和縫翼)、飛行控制、駕駛艙控制、輔助動力裝置、起落架、艙門系統(tǒng)和飛機內(nèi)部(座椅、儲物箱、閂鎖和鉸鏈點)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合材料軸承，這是一種增強型雙層軸承，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)玻璃纖維增強的熱塑性樹脂層，二者通過使用特瑞堡的自動纖維鋪放(AFP)專利技術結(jié)合在一起。這種熱塑性復合材料軸承不會像金屬軸承那樣可能會卡住或磨損，其滑動摩擦系數(shù)很低(比標準軸承低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膨脹或破裂，這使其應用范圍非常廣泛。與傳統(tǒng)的熱固性復合材料不同，熱塑性復合材料在使用壽命結(jié)束時可以回收。
在跟國內(nèi)率先完成連續(xù)碳纖增強熱塑性復材廠家智上新材的技術人員溝通中，了解到，相比較傳統(tǒng)的熱固性復材來說，熱塑性復材具備出色的自潤滑性就是跟熱塑性樹脂基體有關，以智上新材生產(chǎn)的CFPPS復材為例，PPS(聚苯硫醚)樹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，賦予了其出色的強度、硬度以及化學穩(wěn)定性。在自潤滑屬性上雖然PPS樹脂本身不具有固體潤滑劑，但是內(nèi)部的分子結(jié)構是具有一定的“內(nèi)潤滑”特性，結(jié)構內(nèi)的分子間作用力相對較強，使得PPS樹脂在受力時能形成一個光滑且穩(wěn)定的表面層，減小了與接觸面間的摩擦。同時，PPS樹脂熱穩(wěn)定性好，在高溫下也能保持良好的機械強度，不會因溫度升高而軟化變形，從而保證了在高溫工況下的自潤滑性能。
連續(xù)碳纖增強熱塑性復材的自潤滑屬性除了能夠在軸承上應用，也能在密封件、其他耐磨部件上應用，在耐腐蝕、抗疲勞、降低損耗上也極具優(yōu)勢。
