滑动轴承是在滑动摩擦条件下工作的轴承，也称平面轴承。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦（轴套、轴承套）。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸、涂覆或复合的减摩材料层称轴承衬。轴瓦和轴承衬材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承形式简单、接触面积大、工作平稳可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不直接接触，可大大降低摩擦损失和表面磨损，另外油膜还具有一定的吸振能力。因此它被广泛应用在内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。滑动轴承的缺点是无法保持足够的润滑油储备，且启动摩擦阻力较大，一旦润滑油不足，将产生严重磨损并导致失效。而采用具有自润滑功能的滑动轴承材料，能有效降低启动摩擦阻力，且在无润滑油的特殊情况下能短时间甚至长期正常运行。因此具有自润滑功能的滑动轴承材料成为国内外竞相研究的热点之一。

　　当前具有自润滑功能的轴承材料主要有金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料。金属基复合材料主要有粉末冶金整体烧结型、镶嵌型、梯度自润滑型等；陶瓷基复合材料主要有Si3N4基、SiC基等；聚合物基复合材料采用的基体主要有聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚酯、酚醛树脂、聚砜、聚醚醚酮(PEEK)等。笔者现对常用的聚合物基自润滑材料的性能、特点及应用开发情况进行综述。

　　1 PTFE轴承材料

　　1945年，美国杜邦公司首先开发生产出PTFE。纯PTFE是目前已知固体工程材料中摩擦系数最低的，具有优异的热稳定性和耐化学药品性，但其拉伸强度仅为21-28MPa，弯曲强度为11-14MPa，断裂伸长率为250%-300%，且硬度低、蠕变较大、回弹性较差、导热性差、耐磨胜也很低。用玻璃纤维(GF)、青铜粉、石墨、二硫化钼等填充PTFE后，其强度、刚度、抗蠕变性、耐磨性等有明显的提高，是理想的轴承材料。也可用PI等耐高温材料作为改性剂填充PTFE，提高其耐磨性，可适用于无油润滑条件下强腐蚀、高温等苛刻工作条件下。张招柱研究了碳纤维(CF)、GF及K2Ti6O13，晶须（PTW）以体积分数30%填充的PTFE的摩擦性能。发现CF、GF、PTW均在不同程度上增大了PTFE复合材料的摩擦系数，其中CF增强PTFE复合材料的摩擦性能最好,PTW增强型最差。这些填充材料均使PTFE的磨损量降低了2个数量级，其中GF的减磨效果最好，而PTW的减磨效果最差。吴良奎等研究了聚苯酯（聚对羟基苯甲酸酯）填充PTFE体系，发现随着聚苯酯含量的增加，复合材料的摩擦系数逐渐增大，但总体上比较小(＜0 14)，表现出了较好的摩擦性能，同时复合材料的耐磨性随聚苯酯含量的增加而增大，承载能力增加，材料抵抗微切削的能力增大。蔡立芳等采用聚苯酯对PTFE进行改性，并对改性后复合材料的导热及摩擦学性能进行了研究。发现当聚苯酯与PTFE的质量比为5：100时，复合材料的热扩散率可达2.646mm2/s，导热性能显著提高，耐磨性提高了20倍。聚苯酯改性PTFE的摩擦磨损性能虽有所改善，但力学性能却有所下降。陈刚研究了铜粉、GF、石墨、CF和碳纳米管等填充PTFE的摩擦磨损胜能并提出了相应的磨损机理。笔者开发了一种PTFE纤维与芳纶纤维的混编物，并将混编物粘结到钢背上制成了自润滑滑动轴承，其不仅有低的摩擦系数，还大大提高了耐磨性。

　　2 PA轴承材料

　　最早工业化生产的PA品种为PA66，美国杜邦公司于1937年公布第一个专利，制得PA66纤维样品.1938年建立了试验工厂，1939年工业化生产装置投入运转。1958年我国试制成功PA1010。由于PA特殊的分子结构和结晶形态，其具有良好的力学性能、耐磨、耐油、可在-40-105℃的温度下工作、耐化学药品性好、抗蠕变性能好等特点。其缺点是易吸水，可溶于大部分有机溶剂，没有足够强的耐环境能力和不能满足高加工精度要求。纤维、石墨、PTFE和二硫化钼等可提高PA的耐热性能，降低其热膨胀系数，使其达到极高的PV值，可作为一种性能较好的自润滑轴承材料。如美国明尼苏达州的RTP公司推出了一种填充芳香族纤维和PTFE的系列PA配混料，用该配混料替代金属制作了轴承，发现芳香族纤维能提高轴承的耐磨性，并显著降低中间轴的表面磨损，而PTFE有内润滑作用，并赋予部件承受更大的动态负荷能力，从而降低轴承与其它部件间的摩擦力。张静霞研制了一种自润滑浇铸油PA轴承，该轴承具有尺寸稳定性好、摩擦偶的承载能力好、力学强度高、耐磨性能好、使用寿命长、成本低等优点。骆志高等介绍了油PA与铜钉板的复合加工工艺，发现油PA的制备与复合烧结温度是试验成败的决定因素。此种材料的承载能力高，摩擦系数和磨损量低，对泥沙的包容性强，非常适用于要求重载低磨而又水质浑浊的场合。笔者在前人基础上研制了以二硫化钼为添加剂的浇铸PA轴套，工程应用表明，该轴套具有耐磨耗、摩擦系数小、自润滑性能好、质量轻、噪音低、耐腐蚀、质地柔韧等特点。

　　3 POM轴承材料

　　1955年前后杜邦公司首先由甲醛聚合得到甲醛的均聚物POM。POM物理性能优异，耐磨减摩，耐疲劳性极好，蠕变低，尺寸稳定，有较好的化学稳定性和电性能，尤其是油在POM上的吸附能要比在金属材料上大20%，因此用POM制作的滑动表面有优异的边界润滑特性，边界润滑膜的承载能力很高，在较高载荷作用下，仅需少量的润滑油脂，其摩擦系数便低于0.05，从而大大改善摩擦条件，提高性能，延长使用寿命。李小慧用纳米氧化铝对POM进行改性，结果表明，纳米氧化铝使POM变脆，但刚性增强，干摩擦性能降低，磨损的主要机理为磨粒磨损，其油摩擦性能得到了显著提高。刘宽祥等发现在滑动轴承轴套的POM表层中添加一定量的纳米二硫化钼，不仅可以提高其润滑性，还能得到好的导热特性，有利于摩擦热的释放，质量分数为5.0%的纳米二硫化钼可以使POM的导热系数提高25%。陶克梅研究了PTFE及超细高岭土填充POM后的摩擦磨损性能，发现只填充PTFE的POM的摩擦系数和磨损率较纯POM均有较大幅度的下降，少量高岭土与PTFE复合填充的POM的摩擦系数很小，耐磨性很好。回收PTFE经粉碎后添加到POM中，同样也能降低POM的摩擦系数，提高其耐磨性。金属铜粉也可以改善POM的摩擦性能，王洪涛等将75μm的铜粉和纳米铜粉分别添加到POM中，发现两者均可降低POM的磨损，但纳米铜粉的改性效果更好。

　　加载条件也对POM基复合材料的摩擦性能有重要影响，吴茵发现，在标准加载条件下，聚苯酯填充改性POM的摩擦系数和磨损率随聚苯酯含量的增加而呈现先下降后上升的趋势；而在载荷逐步增加的加载条件下，其摩擦系数呈先增大后减小趋势，磨损率则随着载荷的增加而增大。笔者研制生产的内覆POM层的钢基轴承套，其中POM层厚度≥1.5mm.弹性模量小，弹性较大，具有很好的自适应性。由于采用了先进的结合工艺，其表面压缩屈服极限≥150MPa。

　　4 PI轴承材料

　　PI是分子结构含有酰亚胺链节的芳杂环聚合物，是20世纪60年代实现工业化生产的一类耐高温聚合物。根据主链中的基团不同，PI分为不同的种类，具有代表胜的有均苯型PI、联苯型PI、酮酐型PI、聚醚酰亚胺(PEI)等。其中，主链中主要含有芳香基团的又被称为芳香族PI。由于分子链中稳定的芳香环和酰亚胺环的存在，大部分芳香族PI均具有很好的耐热性，起始分解温度一般可达400-500℃。PI有突出的力学性能和耐高温性能，在真空中挥发物少，摩擦系数低，特别适用于真空中或高温条件下工作的轴承。在惰性介质中，PI轴承在高载荷、高转速下的磨损率也非常小。均苯型PI具有很高的PV值，无油条件下也能保持良好的耐磨性，已有多种PI基复合材料在工业中得到应用。互穿网络型PI在轴承中的应用还不多见。刘玉辉研制了互穿网络型PI轴承，与橡胶轴承相比有如下优点：优异的摩擦磨损性能，在水中高速滑动下摩擦系数为0.007-0.01；承载能力强，其压缩强度为150MPa；许用温度高，可在70℃下正常运行，短时间可在230℃下运行；足够的力学性能和较小的吸水膨胀；良好的工艺性能；轴承间隙稳定。纯PI的自润滑性能相对较差，在某些苛刻条件下难以满足要求，因此人们对其进行了填充改性研究。朱鹏等制备了CF改性PI环，发现随着温度升高，PI分子链相对滑移增强，体现出良好的自润滑特性，材料的摩擦系数和磨损率均有所下降；载荷、速度及其交互作用对材料摩擦磨损行为影响不显著。他们还在PI中添加质量分数20%的二硫化钼粉末，发现随着载荷的增大，复合材料的磨损率增加，而摩擦系数降低；随着滑动速度的增大，材料磨损率增加，但对摩擦系数的影啊不明显，高速下磨损机理主要是严重的粘着磨损和疲劳磨损。贾均红等研究了含有固体润滑剂的CF增强PI在干摩擦和水润滑两种状态下的摩擦磨损性能及其磨损机理。结果表明，在水润滑条件下，摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低，其中含PTFE的CF增强PI的耐磨性最佳，他们认为主要原因可能与材料存在极性酰胺基团有关，酰胺基团易通过氢键与水分子结合，在摩擦表面形成水吸附膜，使摩擦表面直接接触减少，从而改善材料的摩擦磨损性能。

　　5 聚苯酯轴承材料

　　聚苯醋是20世纪70年代发展起来的一种新型耐高温特种工程塑料，其综合性能优异，分解温度为550℃，可在315℃下长期使用，在370-420℃短期使用；其导热系数较高，比一般聚合物高3-5倍；摩擦系数为0.2；有较高的尺寸稳定性和耐辐射性能，有优良的电性能、耐化学药品陆能和自熄性；不溶于所有脂肪和芳香族类溶剂；在室温下耐各种酸碱，但易受热酸碱的腐蚀。特别适用于在热水、水汽环境中运转的轴承。聚苯酯的成型加工性较差，常用压制法、喷涂法和涂覆法等成型。聚苯酯高温无油润滑轴承的压制成型可采用烧结法和热压法两种。烧结法与PTFE的工艺条件相似，热压法可分为无压冷却法和加压冷却法两种，前者主要适用于生产大批量和短周期的小制品，后者主要适用于成型厚壁大型及尺寸精度要求高的制品。为了提高聚苯酯/PTFE复合材料的力学性能和耐磨性能，黄承亚等研究了石墨/二硫化钼无机填料对聚苯酯/PTFE力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明，石墨/二硫化钼的加入不仅能够很好地改善聚苯酯/PTFE复合材料的力学性能，而且还使聚苯酯/PTFE复合材料的摩擦系数增加，磨损体积减小，耐磨性显著提高。

　　何鹏等在聚苯酯中分别添加不同种类的填料，制备出一系列性能不同的聚苯酯基复合材料。研究发现，在填料的用量相同时，层状固体润滑剂PTFE从本质上改善了非熔融聚苯酯的内部粘结，且协助形成较为连续、平滑的转移膜，对聚苯酯摩擦学性能的改善最为明显；其次为纤维状填料。相比于尺寸细微的六钛酸钾晶须，粗大的GF或CF之间相互交错，对聚苯酯起到了较好的承载骨架作用，能有效提高聚苯酯的摩擦学性能。CF比CF与聚苯酯之间的亲和睦好，GF填充聚苯酯复合材料的摩擦学性能优于CF填充聚苯酯复合材料；纳米颗粒填料对聚苯酯有着弥散增强作用，但对聚苯酯摩擦学性能的改善效果最差。

　　6 PEEK轴承材料

　　1981年，英国ICI公司开发出PEEK，其商品名称为“Victrex”。它是以4,4,2-二氯二苯酮等为原料，以二芳基砜为溶剂，在300℃左右催化缩聚而成的一种全芳香族半结晶性的热塑性聚合物。常温下PEEK的摩擦系数为0 48，磨损率为14×10-6mm3/N·m，其玻璃化转变温度(Tg)约为143℃，熔点约344℃，有很高的热氧稳定胜。其结构规整，具有耐高温、高强度、高模量、高韧性、加工性能好等优异的综合性能，还具有绝缘性、耐水解、耐辐射等优点。其摩擦性能突出，摩擦系数低，承载能力和耐磨胜比PTFE高，且具有较宽的复合改性条件，与很多材料都有很好的相容性，是一种比PTFE更理想的自润滑减摩耐磨材料。但是，单一的PEEK还不能满足不同的使用要求，因此，需要对其进行改性处理。改性后的PEEK复合材料可在无润滑、低速高载下或在液体、固体粉尘污染等恶劣环境下使用。

　　6.1 共混改性PEEK

　　将PEEK与具有高Tg的聚合物共混可以提高PEEK的热性能。PEI是一种无定形材料，相对高的Tg(215℃)和优异的力学性能是其主要优点。并且PEI在很宽的组分范围内与PEEK相容，共混物的Tg很高，热性能得到很大的改善。PEI可提高PEEK的结晶度，使PEEK强硬化。当PEI质量分数为30%-40%时，PEEK的结晶度达极大值。Han-chi等研究了20-232℃范围内温度变化对PEEK/PEI摩擦学性能的影响，结果表明，无论PEEK、PEI还是PEEK/PEI，在Tg附近，摩擦学特性转变同玻璃化转变一致；在高速和干摩擦条件下，PEEK/PEI的摩擦系数随负荷的增加而增大，磨损也增大，但均低于纯PEEK。

　　PEEK与PTFE共混制成的复合材料，在保持PEEK高强度、高硬度的同时，还有突出的耐磨性。D L Burris等将PEEK和PTFE进行共混，得到了有不同强度、硬度、耐磨性且在滑动表面有固体润滑特性的复合材料。J Bijwe等则研究了PTFF含量对PEEK/PTFE微动摩擦性能的影响，发现当PTFE含量增加时、其微动磨损率持续下降，当PTFE质量分数为30%时，摩擦系数、磨损率、极限PV值达最佳组合，是制造滑动轴承的好材料。

　　6.2 纤维增强改性PEEK

　　GF、CF和各种晶须与PEEK有很好的亲和性，可以作为填料增强PEEK，制成具有高耐磨性能的复合材料。纤维增强效应能抵消树脂的热软化，并且形成强度非常高的转移膜，有效保护接触区域。不同的纤维对PEEK复合材料的力学性能影啊有差异，但常用的材料是CF和GF。CF和GF都能使其负载热变形温度超过300℃，同时其拉伸强度、摩擦性能等均有很大提高。但在相同的实验条件下，CF增强PFEK的性能明显优于GF增强的PEEK。

　　PEEK/CF复合材料在摩擦过程中CF露头折断形成侧面被磨的CF磨屑，磨碎后变成具有优良润滑作用的层状石墨微粒，反复辗压进入转移膜，提高了转移膜的强度、硬度、韧性、光滑程度和寿命，降低了复合材料的摩擦系数和磨损率。PEEK/CF复合材料作为轴承零件可以避免金属或陶瓷材料由于产生表面裂纹而出现的轴承早期失效。实验证明，当滚珠材料为氧化铝陶瓷时，PEEIU/CF轴瓦的磨损率较低，且随CF用量的增加而降低，CF质量分数为30%时，PEEK/CF的摩擦磨损性能比较理想。

　　6.3 填充改性PEEK

　　无机填料不仅起到承载、减小变形的作用，也可以改善聚合物转移膜的强度，减小摩擦，降低磨损，形成自润滑复合材料。S.Bahadur等分别用CuS和CuF2填充PEEK，有效降低了PEEK对钢摩擦副的磨损。研究发现，CuS体积分数为35%时磨损率最低。Zhang Ga等研究了PEEK/纳米SiO2复合材料的变形和摩擦行为，发现纳米SiO2的加入使得复合材料的硬度大幅增加，塑性降低。添加体积分数为1%的纳米SiO2后，PEEK的耐磨性显著增加。郭强等以不同粒径的Al2O3填充PEEK，发现Al2O3粒径为15nm时材料的拉伸强度最高，而粒径为100nm时其弯曲和压缩强度最高。Wang Qihua等研究了纳米Si3N4、SiC、ZrO2等填充PEEK复合材料的摩擦性能，发现在摩擦过程中一部分Si3N4被氧化为SiO2，改善了转移膜的特征，形成连续致密的转移膜，降低了PEEK的摩擦系数和磨损率，而另一部分Si3N4则嵌入PEEK表面，使聚合物表面变成了粒子增强型材料；体积分数为1%-4%的纳米SiC填充PEEK的磨损率最低。刘玲玲等研究了粒径小于100nm的Al2O3填充PEEK的摩擦学性能。当Al2O3质量分数为9%时，PEEK蒸馏水的接触角最小；质量分数为1%时硬度最大；质量分数为7%时摩擦系数达最低。Qiao Hongbin等通过研究不同颗粒尺寸的Al2O3增强PEEK的干摩擦行为，发现质量分数为5%、粒径为15nm的Al2O3增强PEEK具有最好的耐磨性。

　　6.4 表面改性PEEK

　　通过物理和化学方法对PEEK的表面进行处理使其表面的结构发生变化，极性和亲水性得到改善，可以使PEEK与其它物质问的作用力和PEFK的力学、热学和摩擦学性能得到改善。常见的表面改性方法有等离子法、激光法等。张人佶等在国内较早地研究了纯PEEK，质量分数为8%的PTFF改性PEEK和10%PTFE、10%石墨颗粒、10%CF改性PEEK及经等离子处理后的摩擦性能。发现经等离子处理以后，3种材料的摩擦系数平均值分别由0.42、0.36、0.28下降到0.23、0.18、0.17，磨损率也显著下降。唐群国等将PEEK与等离子喷涂ZrO2、不锈钢(2Cr13)和激光烙覆耐蚀合金3种不同的材料组配，研究发现，在水介质中PEEK与激光熔覆耐蚀合金组配时，表现出较好的摩擦学性能，主要磨损机理是微观机械切削；而ZrO2涂层与PEEK副在本实验条件范围内磨损率较大。

　　7 结语

　　随着滑动轴承种类和用量的不断增加，越来越多的设备要求滑动轴承具有自润滑功能，以保证特殊情况下干摩擦不会引起设备停机。随着我国风力发电设备等的迅速增加，偏远设备的维护越来越重要，因此自润滑复合材料在我国有广阔的应用前景。随着新型高性能工程塑料的不断开发和对现有聚合物基自润滑复合材料改性研究的深入，更高性能的自润滑材料会越来越多地涌现，从而大幅度提高滑动轴承的自润滑性能。所以，笔者认为自润滑复合材料的研究方向一是根据对摩擦机理的研究，设计、合成新型具有自润滑功能的高分子聚合物，从根本土提高自润滑性能；另一研究方向是利用现有具有自润滑功能的聚合物，添加纳米材料、热致液晶材料、优良润滑材料等进行改性，获得优良的综合性能，使复合材料满足不同场合的使用要求。