聚苯硫醚（Polyphenylene sulfide,PPS）纤维因其突出的机械强度、本质阻燃特性及卓越化学稳定性，在摩擦学工程领域具有重要应用潜力。但是，随着航空装备迭代升级与高新技术融合发展，纤维织物自润滑复合材料作为关节轴承核心材料，其在极端工况下的使役性能面临严峻挑战。

近年来，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心复合润滑材料课题组针对纤维织物自润滑复合材料的结构设计、制备工艺及其摩擦学性能进行深入研究，开发的多种高性能纤维织物自润滑复合材料已实现工程化应用。

研究人员重点围绕两个方向开展PPS/PTFE纤维织物自润滑复合材料的性能优化，通过引入增强材料对织物复合材料进行功能化改性，利用协同效应提升复合材料的承载能力和自润滑特性；采用等离子处理、化学吸附等方法对纤维表面进行界面改性，实现纤维-树脂的化学键合，提升纤维与树脂之间的界面结合强度。研究人员制备了系列MXene基功能增强材料 ( DOPO-HQ-IPTS@Ti₃C₂T_x，Ti₃C₂T_x-h-BN )，并将其引入PPS/PTFE纤维织物自润滑复合材料体系，实验证实MXene基功能增强材料可显著提升织物复合材料的热稳定性、拉伸强度及摩擦学性能，相关成果发表在Tribology International ( https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108136，https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109341 )上。

在界面优化方面，研究人员通过系统筛选优化界面处理策略，发现基于牛血清白蛋白（BSA）的生物分子修饰可有效改善纤维表面特性。实验结果显示，BSA处理使纤维表面粗糙度显著增加且成功引入氨基、羧基等活性官能团。这种多尺度改性策略通过机械互锁效应与化学键合协同作用，使纤维-树脂界面粘接强度有效提升，进而改善纤维织物自润滑复合材料的摩擦磨损性能，相关成果发表在Tribology International ( https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108587 )和Friction ( https://doi.org/10.26599/FRICT.2025.9440914 )上。

近期，针对纤维织物自润滑复合材料摩擦学性能协同优化的技术难题，研究团队基于前期研究基础，制备了具有核壳结构的Ti₃C₂/SA/TiO₂-MePCM相变微胶囊。该微胶囊以机械强度优异的二氧化钛为壳层增强复合材料力学性能，内核正二十二烷通过相变作用吸收摩擦热并实现局部固-液协同润滑，同时二维材料Ti₃C₂T_x凭借其层间滑移特性和高承载能力有效降低复合材料的摩擦损伤。实验数据表明，引入该微胶囊后纤维织物自润滑复合材料的摩擦系数由0.053降至0.046，磨损率由8.9×10^-14m³ (N·m)^-1显著降低至3.5×10^-14m³(N·m)^-1。研究团队通过多种表征技术系统解析了摩擦膜的微观形貌演变规律，阐明了织物复合材料的减摩抗磨作用机制，为核壳结构材料在摩擦学领域的创新应用提供了理论支撑。

图1. Ti₃C₂T_x修饰相变微胶囊的合成策略及反应机理示意图

图2. 增强纤维织物自润滑复合材料的摩擦膜微观结构

相关工作发表在Tribology International(https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.110038)。何要辉博士为论文第一作者，张招柱研究员为通讯作者。

以上工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项和甘肃省重大科技专项等项目的支持。