以TDI和IPDI為單體合成聚氨酯微膠囊及其摩擦學(xué)性能

張 瑞， 楊 琦， 陳斯佳， 王立娟， 趙增輝， 崔宇超， 田宇軒

（1. 中國(guó)石油大慶化工研究中心, 大慶 163714；2. 東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 大慶 163318）

受到生物體遭受損傷后能夠自愈合現(xiàn)象的啟發(fā)， 科學(xué)家們提出了智能材料的概念［1～5］， 其中， 自潤(rùn)滑材料引起了人們極大的興趣. 在生產(chǎn)生活中， 往往會(huì)不可避免地產(chǎn)生大量的摩擦和磨損， 這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致大量的能源浪費(fèi)， 并且在長(zhǎng)時(shí)間的工作環(huán)境下， 摩擦表面容易出現(xiàn)裂痕， 導(dǎo)致零件坍塌失效， 很容易發(fā)生安全事故， 造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失［6］. 如在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中， 傳動(dòng)軸承是重要的組成部分， 其摩擦磨損通常發(fā)生在低速或重載的工作條件下. 因此， 提高軸承用復(fù)合材料的摩擦性能至關(guān)重要［7］.船舶推進(jìn)系統(tǒng)目前大多采用新型高分子材料軸承［8］替代了傳統(tǒng)的金屬軸承. 高分子聚合物材料［如高密度聚乙烯（HDPE）［9］及熱塑性聚氨酯（TPU）［10］等］， 因抗沖擊性能良好、 耐腐蝕性能優(yōu)異且制備簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用于船舶軸承材料［11］.

將聚合物基體與添加劑共混可以進(jìn)一步改善材料的摩擦學(xué)性能. 常用的固體潤(rùn)滑劑有石墨［12］、 二硫化鉬［13］及碳納米管［14］等， 而液體潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油［15］和離子液體［16］等. 直接共混固體潤(rùn)滑劑改性的方式對(duì)于提高材料的摩擦學(xué)性能效果不佳， 如石墨等無機(jī)納米顆粒在進(jìn)行加工制備時(shí)由于靜電作用無法分散均勻， 難以保證形成混合均勻的聚合物基復(fù)合材料， 并且這是一種使聚合物基復(fù)合材料更加抗磨的方式而并非潤(rùn)滑. 而液體潤(rùn)滑劑與聚合物基體相容性差， 容易發(fā)生相分離. 將液體潤(rùn)滑劑微膠囊化［17］可以很好地改善上述問題. 這種微膠囊化的方式是將潤(rùn)滑劑封裝到聚合物殼里， 不但可以改善潤(rùn)滑劑與基體的相容性， 使其在基體中更好地分散， 還可以保護(hù)潤(rùn)滑劑， 減少潤(rùn)滑劑的泄露， 防止?jié)櫥砑觿┰趷毫迎h(huán)境下發(fā)生氧化、 化學(xué)反應(yīng)而降解， 從而提高材料的摩擦學(xué)性能［18］和耐腐蝕性能［19］. 原位聚合法制備微膠囊技術(shù)由于操作簡(jiǎn)便、 效率高而被廣泛應(yīng)用于制藥、 食品和化妝品行業(yè)［20］. 根據(jù)形態(tài)和結(jié)構(gòu)的不同， 微膠囊可分為單核微膠囊、 多核微膠囊、 非球形多核微膠囊、 多層微膠囊、 多核微膠囊和多層多核微膠囊， 其均具有基本的“核-殼”結(jié)構(gòu)［21～25］.

本文分別以甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）為單體制備了聚氨酯微膠囊， 確認(rèn)了最佳芯/壁比并加入到環(huán)氧樹脂（EP）中得到了具有優(yōu)異性能的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料， 采用掃描電子顯微鏡觀察微膠囊及摩擦面表面形貌， 研究了其力學(xué)性能及摩擦學(xué)性能， 并探究了自潤(rùn)滑復(fù)合材料的減磨耐磨機(jī)理， 對(duì)合成的微膠囊進(jìn)行了化學(xué)分析.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（［BMIm］PF6）和三乙烯四胺（TETA）， 分析純， 上海阿拉丁試劑有限公司； 異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）和甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI）， 分析純， 上海麥克林生化科技有限公司； 丁二醇， 分析純， 江陰萬千化學(xué)品有限公司； 聚乙烯醇（PVA），n=（1750±50）， 重慶麥投新材料技術(shù)有限公司； 木質(zhì)素， 純度≥99.5%， 濟(jì)南鑫雅化工有限公司； 環(huán)氧樹脂，ω≥99.0%， 深圳市吉田化工有限公司； 濃鹽酸［HCl， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（37.5±1）%]， 分析純， 天津大茂化學(xué)試劑廠； 無水乙醇（ω≥99.0%）和氨水（NH3·H2O， 分析純）， 北京環(huán)球創(chuàng)新科技有限公司.

CSS-2200型電子萬能試驗(yàn)機(jī)， 長(zhǎng)春科新公司實(shí)驗(yàn)儀器研究所； FSH-2A型高速均質(zhì)機(jī)， 上海力辰科技有限公司； CX-23型偏光顯微鏡（OM）， 日本奧林巴斯工業(yè)公司； JSM-6360LA型掃描電子顯微鏡（SEM）， 德國(guó)卡爾蔡司股份公司； UPXRZ-400型激光粒度分布儀， 弗爾德上海儀器設(shè)備有限公司；YTLGJ-10A型真空冷凍干燥機(jī)， 上海葉拓股份有限公司； GASEX-27型傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），上海斯百全化學(xué)有限公司； MMD-1型盤銷式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)， 濟(jì)南益華摩擦學(xué)測(cè)試技術(shù)有限公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 ［BMIm］PF6@PU微膠囊的制備 在水包油乳液體系中， 采用原位聚合法制備了聚脲微膠囊，Scheme 1示出了原位聚合法制備微膠囊的機(jī)理. 首先將異氰酸酯溶解于油相中， 隨后通過劇烈攪拌分散在表面活性劑中形成乳液. 在一定條件下進(jìn)行二醇加成［26，27］. 在二醇加成階段， 水相中羥基官能團(tuán)與油相中異氰酸酯官能團(tuán)在界面處發(fā)生反應(yīng)， 形成外壁聚脲（PU）膜以包覆［BMIm］PF6芯材液滴. 分散在水相中的二醇通過膜擴(kuò)散出去， 直到它具有被稱為“殼”的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 從而合成中空的微膠囊.

Scheme 1 Schematic diagram of in situ polymerization to form [BMIm]PF6@PU microcapsules

［BMIm］PF6@PU微膠囊的合成路線如Scheme 2所示. 將1.0 g PVA薄片配制成100 mL PVA分散液. 先將溶液加熱到90 ℃， 機(jī)械攪拌10 min至PVA完全溶解； 以400 r/min的速度機(jī)械攪拌30 min， 冷卻至室溫； 然后加入NH3·H2O使pH＞10， 將木質(zhì)素加入到上述堿性溶液中， 緩慢攪拌直至木質(zhì)素完全溶解； 加入HCl（2 mol/L）調(diào)節(jié)溶液呈酸性， 此時(shí)可以觀察到木質(zhì)素顆粒析出. 向木質(zhì)素溶液里倒入芯材［BMIm］PF6， 以8000 r/min的轉(zhuǎn)速乳化5 min， 制得穩(wěn)定的木質(zhì)素Pickering乳液.

Scheme 2 Preparation process of [BMIm]PF6@PU microcapsule

將5 g異氰酸酯加入到上述木質(zhì)素Pickering乳液中. 將4.5 g丁二醇和6.8 mL去離子水混合均勻后逐滴加入， 保持體系在50 ℃條件下機(jī)械攪拌3 h； 最后靜置60 min， 形成微膠囊. 用去離子水清洗后經(jīng)冷凍干燥得到［BMIm］PF6@PU微膠囊.

1.2.2 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備 將以TDI和IPDI為單體合成的［BMIm］PF6@PU微膠囊加入環(huán)氧樹脂基體中， 微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%， 10%， 15%， 20%和25%， 并用玻璃棒攪拌， 形成分散良好的懸濁液， 然后加入固化劑三乙烯四胺（環(huán)氧樹脂與三乙烯四胺的質(zhì)量比為1∶0.29）. 攪拌均勻后將混合物放入硅膠模具中， 在室溫下保持真空狀態(tài)以消除氣泡. 脫模， 最終得到尺寸為5 mm×6 mm×8 mm的環(huán)氧復(fù)合材料.

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 乳液及微膠囊的形貌表征 采用偏振光顯微鏡在不同放大倍數(shù)下觀察乳液的表面形貌、 粒徑大小及分散程度. 采用激光粒度分布儀觀察微膠囊的平均粒徑分布， 將樣品稀釋在去離子水中， 每組樣品重復(fù)掃描3次， 取平均值.

1.3.2 芯材含量、 產(chǎn)率及包覆率的測(cè)定 微膠囊的芯材含量通過丙酮萃取法得到. 將一定量（mc， g）微膠囊充分研磨粉碎后， 加入丙酮浸泡萃取， 然后過濾， 重復(fù)3次浸泡萃取-過濾步驟， 此時(shí)壁材與芯材完全分離. 將得到的粉末烘干， 得到壁材產(chǎn)物的質(zhì)量記為mw（g）， 加入的離子液體質(zhì)量記錄為mIL（g），加入的異氰酸酯和丁二醇質(zhì)量分別記為m1（g）和m2（g）. 微膠囊芯材含量（ωcore， %）根據(jù)下式計(jì)算：

根據(jù)下式計(jì)算得到微膠囊產(chǎn)率（ψ， %）：

根據(jù)下式計(jì)算得到包覆率（γ， %）：

1.3.3 復(fù)合材料力學(xué)及摩擦學(xué)性能的測(cè)定 使用CSS-2200電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)純EP樹脂及其復(fù)合材料進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)， 按照GB/T 1040 -1992的要求， 在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下， 將已經(jīng)注塑好的標(biāo)準(zhǔn)啞鈴形樣條（4 mm×10 mm）直接放置于試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試. 設(shè)置拉伸速率為50 mm /min. 樣條斷裂所受的力記錄為P（N）， 樣條的厚度記錄為h（nm）， 樣條的寬度記錄為b（nm）. 根據(jù)下式計(jì)算拉伸強(qiáng)度（σ， MPa）：

使用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)， 采用削盤模式， 對(duì)純EP樹脂及其復(fù)合材料模塊進(jìn)行摩擦試驗(yàn)， Scheme 3為模塊摩擦示意圖. 設(shè)定摩擦固定載荷為1.0 MPa， 滑動(dòng)速度為0.75 m/s， 摩擦?xí)r間為20 min.

Scheme 3 Schematic diagram of friction and wear flow

摩擦系數(shù)可直接從儀器中得到. 通過摩擦前后環(huán)氧樹脂復(fù)合材料模塊的質(zhì)量變化來計(jì)算其磨損率（Wr， m3/N）：

式中： Δm（g）為復(fù)合材料模塊摩擦前后的質(zhì)量損失；L（m）為滑動(dòng)摩擦距離；ρ（g/m3）為模塊密度；FN（N）為垂直載荷.

2 結(jié)果與討論

2.1 IPDI和TDI為單體合成的微膠囊的形貌及粒徑分布

當(dāng)木質(zhì)素作為乳化劑時(shí)能夠較好地穩(wěn)定乳液［28，29］. 這是由于在Pickering乳液中， 木質(zhì)素固體小顆粒不但可以最大限度地減少油滴團(tuán)聚， 避免油滴在水溶液中集結(jié)， 還可以降低異氰酸酯在微膠囊表面的沉積速率， 有效避免了因壁材過快沉淀而形成較大的微膠囊， 可有效提高微膠囊的穩(wěn)定性.

圖1為合成的微膠囊的SEM照片. 從圖1（A）可以觀察到， 以TDI為單體合成的微膠囊表面粗糙且微有褶皺， 平均粒徑約為（55±5） μm. 從圖1（B）可以觀察到， 以IPDI為單體合成的微膠囊表面光滑致密， 無明顯的缺陷和孔洞， 平均粒徑約為（46±5） μm. 圖1（C）和（D）為破裂微膠囊的SEM照片， 可以觀察到以TDI為單體合成的微膠囊壁材厚度約5.7 μm， 以IPDI為單體合成的微膠囊壁材厚度約4.4 μm.

圖2為以TDI和IPDI為單體合成的微膠囊的粒徑分布柱狀圖. 由2圖（A）可見， 以TDI為單體合成的微膠囊粒徑大多分布在40～65 μm， 粒徑分布較廣； 由圖2（B）可見， 以IPDI為單體合成的微膠囊粒徑大多分布在40～45 μm和46～50 μm， 分別占30.1%和34.9%， 粒徑分布較集中， 顆粒細(xì)小. 可以看出，所合成的微膠囊粒徑較小， 壁材厚度較大， 成膜性較好， 且孔洞和裂隙較少， 且以IPDI為單體合成的微膠囊表現(xiàn)更好.

Fig.1 SEM images of complete(A, B) and ruptured(C, D) [BMIm]PF6@PU microcapsules with TDI(A, C)and IPDI(B, D) as monomers

Fig.2 Size distribution diagrams of [BMIm]PF6@PU microcapsule with TDI(A) and IPDI(B) as monomers

2.2 以IPDI和TDI為單體合成的微膠囊的力學(xué)性能及摩擦學(xué)性能

將所合成的微膠囊以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到環(huán)氧樹脂基體中， 研究微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能及摩擦學(xué)性能的影響. 圖3為純EP樹脂與含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)微膠囊的復(fù)合材料的拉伸性能對(duì)比. 圖4為純EP樹脂及含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)微膠囊的復(fù)合材料的摩擦系數(shù)及磨損率對(duì)比.

從圖3可以看出， 純EP樹脂的拉伸強(qiáng)度約為78.1 MPa， 兩種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈下降趨勢(shì)， 這是由于微膠囊的嵌入使環(huán)氧樹脂黏度降低， 此時(shí)微膠囊與基體間結(jié)合較弱.當(dāng)微膠囊添加量達(dá)到20%后， 下降趨勢(shì)變緩， 這是由于當(dāng)微膠囊含量足夠時(shí)， 微膠囊破裂， 芯材流出，會(huì)扭轉(zhuǎn)微裂紋的產(chǎn)生方向， 從而緩解拉伸強(qiáng)度的下降. 當(dāng)微膠囊添加量為25%時(shí)， 以TDI為單體合成的微膠囊拉伸強(qiáng)度為27.1 MPa， 以IPDI為單體合成的微膠囊拉伸強(qiáng)度為32.3， 較前者提高了約16.1%， 并且與微膠囊添加量為20%時(shí)的結(jié)果十分接近. 這是由于在制備復(fù)合材料過程中， 以IPDI為單體合成的微膠囊平均粒徑較小， 且表面活性基團(tuán)與EP及固化劑通過氫鍵及化學(xué)鍵交聯(lián)得更加緊密，提高了界面結(jié)合強(qiáng)度. 由此可以推測(cè)， 微膠囊的存在改變了復(fù)合材料內(nèi)部的力學(xué)性能， 降低了外載荷的承受能力， 導(dǎo)致力學(xué)性能下降.

Fig.3 Tensile properties of epoxy resin composites with [BMIm]PF6@PU microcapsule with TDI(a) and IPDI(b) as monomers

Fig.4 Friction coefficient and specific wear rate of epoxy resin composites with [BMIm]PF6@PU microcapsule with TDI(A) and IPDI(B) as core materials

由圖4可以看出， 微膠囊的加入大大降低了復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率， 且當(dāng)微膠囊添加量大于10%時(shí)， 摩擦系數(shù)和磨損率均出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì). 其中， 純EP樹脂的摩擦系數(shù)為0.718， 磨損率為84.6×10-14mm3/（N·m）. 由4圖（A）可見， 以TDI為單體合成的復(fù)合材料磨損率最低為0.945×10-14mm3/（N·m）； 由4圖（B）可見， 以IPDI為單體合成的復(fù)合材料磨損率最低為0.135×10-14mm3/（N·m）， 僅為純EP樹脂的0.25%， 且摩擦系數(shù)僅為純EP樹脂的4%. 但隨著微膠囊含量的增加， 復(fù)合材料的磨損率下降到一定程度后趨于平穩(wěn)， 這是由于復(fù)合材料力學(xué)性能降低以及潤(rùn)滑油從微膠囊中釋放后留下更多的空穴所致.

為了深入了解摩擦機(jī)理， 進(jìn)一步分析了磨損表面的形貌和粗糙度. 圖5為添加微膠囊后的環(huán)氧基復(fù)合材料（A～D）與純EP樹脂（E， F）的摩擦面對(duì)比圖. 由圖5可以看出， 在環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表面， 存在分散在基體中的破裂微膠囊. 其中純EP樹脂（E， F）的磨損表面非常粗糙， 磨損痕寬而深， 且有較多磨削， 平均粗糙度為744 nm. 在基體中加入微膠囊后， 磨損表面變得光滑， 粗糙度大大降低， 磨損痕的寬度和深度明顯降低［圖5（A）～（D）］. 對(duì)比以TDI為單體的合成的復(fù)合材料［圖5（A）和（B）］， 以IPDI為單體的合成的復(fù)合材料［圖5（C）和（D）］磨損表面粗糙度較低（82 nm）， 有利于實(shí)現(xiàn)良好的潤(rùn)滑狀態(tài). 這是由于對(duì)于聚合物-金屬滑動(dòng)界面， 聚合物材料會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)移到金屬表面形成一層均勻且高黏度的轉(zhuǎn)移膜， 在滑動(dòng)過程中轉(zhuǎn)移膜可以保護(hù)相對(duì)柔軟的聚合物塊體免受金屬表面硬凸體磨蝕. 添加微膠囊的復(fù)合材料表面沒有發(fā)生明顯的磨損， 是由于摩擦表面形成的轉(zhuǎn)移膜具有很強(qiáng)的韌性， 在形成光滑、 均勻的轉(zhuǎn)移膜后， 在復(fù)合材料表面的邊界油膜和覆蓋金屬表面的轉(zhuǎn)移膜的潤(rùn)滑下發(fā)生了后續(xù)的滑動(dòng)， 從而獲得了較低的摩擦系數(shù)和磨損率.

Fig.5 SEM images of worn surface of epoxy resin composites with [BMIm]PF6@PU microcapsules with TDI(A, B) and IPDI(C, D) as monomers and pure epoxy resin(E, F)

研究結(jié)果表明， 對(duì)于含有微膠囊的復(fù)合材料， 隨著滑動(dòng)摩擦的開始， 微膠囊破裂， 潤(rùn)滑油以許多微小液滴的形式出現(xiàn)在摩擦界面， 可以有效地減少裂縫的存在. 綜上所述， 以IPDI為單體合成的微膠囊摩擦學(xué)性能較優(yōu)異， 選擇以IPDI為單體合成的微膠囊填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料可獲得更佳的摩擦學(xué)性能.

2.3 芯材含量對(duì)微膠囊穩(wěn)定性的影響

在微膠囊成型過程中， 芯材含量、 產(chǎn)率及包覆率是膠囊完整性及經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)， 可以通過改變芯材及壁材的用量進(jìn)行調(diào)節(jié). 在反應(yīng)時(shí)間和溫度均相同的條件下， 以IPDI為單體合成的微膠囊芯/壁比及各參數(shù)關(guān)系列于表1.

Table 1 Core content, yield and coating rate of the epoxy resin composite with different core-wall mass ratio [BMIm]PF6@PU microcapsules

從表1可以看出， 微膠囊的芯材含量隨芯/壁比的增加而增加. 當(dāng)芯/壁質(zhì)量比（η）為1∶1時(shí)， 微膠囊產(chǎn)率最優(yōu)， 為（50.3±3.6）%， 但包覆率較低， 為（24.5±1.4）%； 當(dāng)η為3∶1時(shí)芯材含量最高，達(dá)到（69.4±4.8）%， 較η為2∶1時(shí)增加了33.7%， 此時(shí)微膠囊的產(chǎn)率為（38.7±2.8）%， 包覆率為（26.1±1.8）%. 然而當(dāng)η超過3∶1時(shí)， 芯材含量下降為（54.5±4.6）%， 下降了21.5%. 包覆率急劇下降為（20.7±1.5）%， 下降了20%. 這是由于此實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的微膠囊壁材比重過低導(dǎo)致無法控制厚度， 使得尺寸大小不規(guī)律， 并且絕大多數(shù)膠囊壁材破裂， 芯材流出， 力學(xué)性能不好， 因此本實(shí)驗(yàn)確定最佳η為3∶1.

2.4 芯材含量對(duì)微膠囊穩(wěn)定性的影響

為進(jìn)一步證明微膠囊被成功包覆， 在4000～500 cm-1范圍內(nèi)， 對(duì)所合成的微膠囊、 芯材及壁材進(jìn)行FTIR表征. 從圖6可以看出， 芯材（離子液體）在2873～2928 cm-1處出現(xiàn)長(zhǎng)鏈烷烴C—H伸縮振動(dòng)峰， 在1569和1170 cm-1處分別出現(xiàn)咪唑基團(tuán)的骨架振動(dòng)峰和伸縮振動(dòng)峰， 在834 cm-1處出現(xiàn)P—F特征吸收峰［30］. 壁材的FTIR譜曲線在2270 cm-1處出現(xiàn)了芳香異氰酸酯基團(tuán)—NCO的特征峰［31，32］， 并在3200～3300 cm-1處出現(xiàn)了N—H拉伸振動(dòng)峰， 在1641， 1554及1191 cm-1分別出現(xiàn)了C—O拉伸振動(dòng)峰、 N—H彎曲振動(dòng)峰和C—N鍵彎曲振動(dòng)峰. 這些特征峰的出現(xiàn)證明丁二醇的羥基與IPDI異氰酸酯基團(tuán)在水層發(fā)生縮聚反應(yīng)形成了PU， 證明了聚脲壁材的合成.

微膠囊的FTIR譜圖同樣在3300， 1554和1191 cm-1處出現(xiàn)了壁材（PU）的特征峰， 而在2928和1569 cm-1處芯材的特征峰未出現(xiàn)， 表明離子液體被有效封裝在微膠囊中， 形成了完成的核殼結(jié)構(gòu)， 并合成了聚脲壁材.

Fig.6 FTIR spectra of microcapsule, shell and IL

3 結(jié) 論

采用原位聚合法制備了離子液體@PU微膠囊， 在芯/壁質(zhì)量比為3∶1時(shí)， 以IPDI為單體合成的微膠囊的綜合性能最優(yōu)， 芯材含量達(dá)到（69.4±4.8）%， 產(chǎn)率為（38.7±2.8）%， 包覆率為（26.1±1.8）%. 另外， 研究表明， 以IPDI為單體合成的聚氨酯壁材的微膠囊摩擦學(xué)性能最佳， 通過FTIR和SEM可以證明微膠囊成功合成并有效包裹住芯材， 得到的微膠囊平均粒徑為（46±5） μm， 將微膠囊加入EP樹脂制備了自潤(rùn)滑復(fù)合材料， 微膠囊的加入顯著改善了環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能， 當(dāng)微膠囊添加量達(dá)到20%時(shí)效果最好且具有經(jīng)濟(jì)效益， 摩擦系數(shù)和磨損率分別降低為純EP的4%和0.25%.

研究結(jié)果表明， 在外加載荷和滑動(dòng)速度的條件下， 芯材離子液體從微膠囊中被有效釋放， 在磨損軌道上形成一層均勻的轉(zhuǎn)移膜， 防止兩個(gè)滑動(dòng)表面間的直接接觸， 磨損碎片被破裂的微膠囊收集， 從而降低復(fù)合材料的磨損率和摩擦系數(shù)， 并且環(huán)氧樹脂中的極性基團(tuán)和微膠囊通過鏈的運(yùn)動(dòng)和纏結(jié)以及氫鍵的結(jié)合緊密連接在一起， 增加了基體的相容性， 改善了材料的力學(xué)性能. 因此這種智能材料有顯著的自潤(rùn)滑效果， 有望在解決聚合物基復(fù)合材料的傳統(tǒng)問題同時(shí)延長(zhǎng)材料使用壽命， 擴(kuò)大自潤(rùn)滑聚合物材料的應(yīng)用范圍， 提高經(jīng)濟(jì)效益.