聚酰亚胺（PI）具有良好的热稳定性、力学性能和化学稳定性，是航空航天、交通运输等领域的重要防护涂层材料。然而，纯PI涂层的承载能力有限，在反复摩擦作用下易发生塑性流动、疲劳损伤及剥离。Ti3C2Tx MXene凭借二维层状结构及片层间易剪切特性，为改善聚合物涂层的摩擦学性能提供了思路，但填料与基体结合不足、分散不均及支撑结构不连续，仍会限制耐磨效果。围绕Ti3C2Tx增强PI涂层，本研究重点解决以下问题：
（1）强化Ti3C2Tx与PI的界面作用，降低填料拔出及界面脱粘风险。
（2）构筑稳定的三维支撑结构，提高涂层承载和应力传递能力。
（3）优化微球粒径与填料含量，协调均匀分散和承载网络形成。
（4）促进稳定润滑转移膜形成，抑制摩擦过程中持续累积的磨损损伤。
在前期性能关联、界面强化及仿生结构研究的基础上，西南交通大学材料科学与工程学院樊小强教授团队进一步提出聚多巴胺（PDA）界面改性与PMMA微球核壳组装相结合的策略。首先利用多巴胺自聚合修饰Ti3C2Tx，再将改性片层组装于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球表面，制备Ti3C2Tx@PDA@PMMA核壳填料，并将其引入PI涂层。分子动力学模拟与实验表征表明，PDA增强了Ti3C2Tx与PMMA及聚合物前驱体的界面作用，有利于稳定核壳结构和改善填料与基体的相容性。
研究明确了填料粒径与添加量存在的优化区间。在室温往复摩擦试验中，采用3 μm PMMA微球、核壳填料添加量为0.75 wt%时，涂层在10 N载荷下的磨损率低至0.84×10-5 mm3/(N·m)。涂层硬度达到0.19 GPa，弹性模量和储能模量亦得到提高。其耐磨机制主要归因于界面强化、连续承载网络形成及润滑转移膜稳定化的共同作用。
相关成果以“Interfacial engineering of polydopamine-modified Ti3C2Tx with a PMMA core for advanced wear-resistant polyimide coatings”为题发表于Tribology International。第一作者为西南交通大学博士华国双，通讯作者为樊小强教授。
图1 PAA合成、Ti3C2Tx的PDA表面修饰及PMMA核壳微球的制备流程
图2 Ti3C2Tx相关复合体系的分子模型、相互作用能及多巴胺聚合示意
图3 不同粒径PMMA微球与相应核壳复合微球的SEM形貌和EDS元素分布
图4 3 μm微球体系中填料添加量对摩擦系数、磨损率、磨痕截面及涂层厚度的影响
图5 不同PMMA微球粒径及对照体系的摩擦学性能比较
图6 纯PI、PDA改性Ti3C2Tx增强PI及核壳填料增强PI涂层的耐磨机制
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.triboint.2026.112464
相关工作回顾
围绕Ti3C2Tx增强PI涂层，团队前期从性能关联、界面强化和仿生结构三个方面开展了以下研究，为本研究的核壳填料设计提供了基础。
（1）热学与力学性能关联。将Ti3C2Tx引入PI，验证其耐磨增强作用，揭示耐磨性与热稳定性及力学参数的关联。
Correlation between wear and thermal/mechanical parameters of Ti3C2Tx enhanced polyimide coating. Surface and Coatings Technology, 511 (2025) 132264.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.132264
（2）界面与键合强化。构筑PEI氨基化Ti3C2Tx纳米花，强化填料与PI的界面作用及化学键合，改善分散与涂层致密性，协同提升耐磨和防腐性能。
High wear/corrosion resistance of PI coating: Exploration via interfaces, bonding, and structure. Friction, 14 (2026) 9441149.
https://doi.org/10.26599/FRICT.2025.9441149
（3）仿生蜂窝结构优化。利用KH570水解自组装构筑PI蜂窝结构，并引入Ti3C2Tx增韧，通过骨架支撑及腐蚀介质扩散路径调控，实现耐磨与防腐协同增强。
Honeycomb-inspired polyimide coatings via KH-570 self-assembly toward high-performance corrosion & wear resistance. Chemical Engineering Journal, 523 (2025) 168744.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168744
