The space environment effects and performance evolution of perfluoropolyether-based supramolecular gel lubricants
Year: 2025
Type: article
Abstract: 在空间探索与开发任务中，润滑技术是保障航天器机械系统稳定运行、延长设备寿命、确保任务成功的关键技术之一。在各类空间液体润滑材料中，全氟聚醚润滑油（Perfluoropolyether Lubricants，简称PFPE）凭借其卓越的化学稳定性和热稳定性，成为空间应用最广泛的润滑材料之一。然而，PFPE润滑油表面张力较低，易在机械表界面发生爬行、迁移行为，进而影响了空间设备的运行可靠性。为解决这一问题，本研究针对空间用Z型PFPE润滑油，设计并制备了一种氟功能化凝胶因子，成功发展了一种介于润滑油、脂之间的类固体全氟聚醚型超分子凝胶润滑材料，其主要是凝胶因子通过分子间的非共价相互作用自组装形成有序的网络结构，实现对PFPE油的有效束缚。该超分子凝胶润滑材料具备优异的热可逆性与触变性：在高温或高剪切作用下转变为流动溶胶态，实现润滑功能；在低温或静置/低剪切下恢复为类固体凝胶态，实现密封功能，满足空间设备对润滑与密封的双重需求。为验证该材料在真实空间环境下的性能演化和损伤机制，在中国空间站舱外材料暴露平台开展了为期6个月的舱外暴露实验，并辅以地面模拟实验进行对比。对下行样品进行结构与性能分析，结合地面匹配实验，揭示了空间环境因素对超分子凝胶润滑材料的结构性能演化影响规律和的损伤机制。实验结果表明，尽管下行超分子凝胶样品表面发生轻微氧化，但其物理化学性能未受显著影响，其热稳定性有所提升，流变学性能（如黏弹性、剪切稀化及蠕变恢复）保持良好。尤其重要的是，与暴露之前的原始样品相比，其摩擦系数和磨损量相当，仍然保持优异的润滑性能。本研究为超分子凝胶润滑材料在空间机械运动部件中的应用提供了理论与技术支撑，对航天事业发展储备了新的润滑材料和技术。
Source: Scientia Sinica Technologica
Authors: YanYan BAI, HongYu LYU, Ke WANG, Lin FAN, ChangQing LIU, MeiRong CAI, Feng ZHOU, WeiMin LIU
Language: English
Subfield: Mechanical Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4416085221