高分子材料滚动摩擦磨损学研究里程碑式的简史

应该来说，人们在高分子材料摩擦学的科学研究活动几乎与摩擦学在工程应用中的机械和材料领域一样早得到重视。比较有份量的研究工作始于对橡胶和弹性体类的探索，这是因为橡胶和弹性体在现代汽车工业中所起的重要作用。这些材料主要被用于制作轮胎和刹车片，此类机械部件在苛刻的滑动和载荷条件下工作，而且其工作环境经常会受不利的道路条件、污染物和水等共存影响。RothDriscoll和Holt最早在1942年报道了对橡胶的摩擦方面的研究；1952年，Schal-lamach分别用针和球对橡胶进行划痕和滑动摩擦学方面的经典研究，至今此工作仍然是橡胶和弹性体摩擦学研究方面的标志性工作。

人们对非弹性体类高分子材料摩擦学的研究可以追溯到1949年，Shooter和Thomas对4种高分子材料(PTFE、PE、PS和PMMA)之间以及它们与钢之间的摩擦系数的研究，他们还发现接触面积与载荷成正比，因而证实了Bowden和Tabor有关金属的摩擦学说；此工作确定了PTFE和PE的摩擦系数比较低，此研究成果为这两种线性高分子在摩擦学中的应用打下基础；到20世纪50年代末，许多其他类型的高分子材料也由于其作为摩擦用材料的价值而得到认可，并且人们已经开始逐渐了解一些高分子材料的基本摩擦磨损机理。

关于高分子材料摩擦学的研究在20世纪60年代和70年代得到系统开展，许多目前关于高分子摩擦学的理解都可以追溯到英国剑桥大学卡文迪许实验室Tabor课题组的工作。这些早期工作使高分子材料在生物摩擦学和空间摩擦学领域得以应用，其中比较引人注意的是UHMW-PE在人工关节中的应用，而且UHMW-PE目前仍然是髋关节和膝关节人工假体摩擦接触部位的主流材料。随着高分子材料在摩擦学工程领域的广泛应用，人们随后开始进行相关材料的改性工作，加入高性能填料如增强纤维、纳米粒子等可得到先进高分子材料，相关的高分子材料膜、单层纤维织物等材料均已经在装备中起关键作用。

  材料的摩擦学行为规律有强的系统依赖性与复杂的时空特性，其表现行为不但受系统所处的速度、载荷、温度、气氛等条件和组成摩擦副材料的结构和性质的制约，而且受摩擦磨损过程及所处的时间阶段与空间位置的影响。同样材料所组成的摩擦副在不同的摩擦磨损条件下有不同的表现行为；即使同样材料所组成的摩擦副，在相同的磨损条件下，处于不同的摩擦阶段，其摩擦学表现行为也会相异，千变万化的摩擦学系统就呈现出错综复杂的摩擦学规律。因此，寻求共性的理论规律十分困难。

而对于具有黏弹性特征的高分子材料来说，情况更加复杂。尽管如此，人们通过几十年的努力，通过大量的试验已经获得了一些可靠的数据；特别是，通过严格控制试验条件，获得了在相同工况条件下的数据，这些数据尽管对应特定的条件，但我们可以通过这些数据从一个侧面对材料的初步摩擦学行为进行比较，这在材料开发与应用方面具有重要作用。下面列出了一些典型的数据，表5-1为典型高分子材料聚四氟乙烯与几种金属的摩擦系数比较，表5-2为几种常见高分子材料的摩擦系数比较。

表5-1典型高分子材料聚四氟乙烯与几种金属的摩擦系数比较

表5-2几种常见高分子材料的摩擦系数比较

通过对表5-3中的数据比较可以看出，不论与金属材料还是其他高分子材料相比较，聚四氟乙烯都具有非常低的摩擦系数，因此人们对聚四氟乙烯的研究也最多。