《Polymer Testing》：Eco-friendly Sliding Components - Friction and Wear of Selected Biodegradable Plastics
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本文旨在回答可生物降解塑料是否有潜力用于滑动部件（如套筒轴承或动态密封）。研究涉及测试八种可生物降解塑料：醋酸纤维素（CA）、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚己内酯（PCL）、聚羟基
本文旨在回答可生物降解塑料是否有潜力用于滑动部件（如套筒轴承或动态密封）。研究涉及测试八种可生物降解塑料：醋酸纤维素（CA）、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚己内酯（PCL）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）、聚碳酸亚丙酯（PPC）和聚乙烯醇（PVA）。使用销-盘试验机在不同压力和速度下评估了摩擦和磨损。研究人员比较了可生物降解和非生物降解聚合物在摩擦和磨损方面的表现，一些可生物降解聚合物的性能与滑动部件中常用的非生物降解聚合物相当或更好。结果表明，所选可生物降解聚合物具有用于滑动部件的潜力。例如，柔性的PBAT可能适用于为旋转轴提供足够的动态密封。略硬的PBS和PBSA可能适用于液压机械中的动态密封，而更硬的CA和allPHA可能适用于套筒轴承和滑动导轨。然而，可生物降解塑料用于滑动部件的评估仅基于摩擦系数、磨损和柔韧性。滑动部件材料还必须满足多种其他要求，因此关于可生物降解聚合物是否适合滑动部件的最终决定需要进一步研究。
随着环保法规和可持续发展意识的增强，塑料滑动部件虽具有免润滑、低维护等优点，但其废弃后成为难以降解的垃圾，且在运行中产生的磨损颗粒会释放微塑料，对环境和健康造成潜在危害。可生物降解塑料被看作是解决这一问题的可能途径，然而其是否具备替代传统塑料用于滑动部件所需的摩擦学性能，此前缺乏系统的比较研究。由于文献中测试条件各异，不同可生物降解塑料之间及其与传统塑料之间的数据难以直接对比，因此研究人员采用统一的标准化测试方法，对多种常见可生物降解塑料的摩擦、磨损及硬度等关键性能进行了全面评估，旨在回答它们是否可用于套筒轴承、动态密封等滑动部件。研究选取了九种可生物降解塑料，包括醋酸纤维素（CA）、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯（PBSA）、聚己内酯（PCL）、allPHA、聚乳酸（PLA）、聚碳酸亚丙酯（PPC）和聚乙烯醇（PVA），在销-盘试验机上测量了静态摩擦系数、动态摩擦系数和磨损量，并测试了显微硬度。结果显示，PBAT、PBS、PBSA、CA和allPHA表现出较好的摩擦学潜力，其中PBAT综合性能最优；而PPC完全不适合，PCL、PVA和PLA在较高压力和速度下因严重磨损或热变形而失效。通过与常用非生物降解塑料的对比，部分可生物降解塑料的磨损和摩擦系数已达到甚至优于传统材料，表明其具有实际应用前景。该研究为可生物降解塑料在滑动部件领域的应用提供了重要的实验依据，论文发表在《Polymer Testing》。
研究人员采用的主要技术方法包括：使用销-盘试验机，以直径8 mm的圆柱塑料试样与1.0503钢盘（粗糙度Ra = 1.0～1.1）配合，摩擦距离1000 m，通过测量试样高度差计算磨损；动态摩擦系数和磨损分别在p = 0.7 MPa、v = 0.5 m/s，p = 3.0 MPa、v = 0.33 m/s以及最大极限p = 4.0 MPa、v = 1.0 m/s条件下测定；静态摩擦系数在0.7、2.0、3.0 MPa压力下测定。显微硬度采用HMV-2维氏硬度计，载荷1.961 N，保载5 s。试样均通过3D打印制备，其中PBS、PBSA和PPC因无市售丝材，先由Magerial（美国）提供颗粒，经单螺杆挤出机拉丝后再打印。其余材料来源为：allPHA和PLA购自colorFabb（荷兰），CA购自Nature3D（日本），PBAT和PVA购自Flashforge（香港），PCL购自3D4Makers（荷兰）。数据采用Dixon检验剔除异常值，Levene检验进行方差齐性分析。
3.1 磨损：在低压（p = 0.7 MPa，v = 0.5 m/s）下，材料磨损呈两组分布，一组磨损达数百微米/千米，另一组不超过数十微米/千米；PPC磨损超过2000 μm/km，未在图中显示。在高压（p = 3.0 MPa，v = 0.33 m/s）下，PCL、PVA和PPC磨损过快无法完成测量，PLA因摩擦热变形也未能测量；其余材料中PBS磨损约57 μm/km，PBAT和PBSA磨损低于11 μm/km。
3.2 摩擦：低压下摩擦系数差异显著，PCL和allPHA大于1.0，CA大于0.8，PBS和PBSA在0.6～0.8之间，PLA、PVA和PBAT低于0.6。高压下摩擦系数差距缩小，PBAT最低为0.486，PBSA最高为0.652。
3.3 最大载荷试验：在v = 1.0 m/s、压力最高4.0 MPa条件下，只有allPHA、CA、PBS、PBSA和PBAT能够完成测试。allPHA摩擦系数随压力升高从0.794降至0.370，磨损为57～89 μm/km；CA摩擦系数从0.809降至0.431～0.476，但磨损随压力升高显著增大至约400 μm/km；PBS摩擦系数从1.028降至0.383，磨损为7～22 μm/km；PBSA摩擦系数稳定在0.632～0.669，磨损先升至85 μm/km（3.0 MPa）后降至24 μm/km（4.0 MPa）；PBAT摩擦系数为0.452～0.503，磨损仅2～7 μm/km，是所有材料中最低的。
3.4 静摩擦：allPHA在0.7 MPa下静摩擦系数最高，为0.966；PVA在2.0 MPa下最低，为0.158；PBAT在3.0 MPa下为0.355。其余材料（CA、PCL、PBS、PBSA）静摩擦系数在0.456～0.653之间。
3.5 与其他塑料的磨损和摩擦系数比较：低压下，非生物降解塑料PBT和PET磨损率最低（2和3 μm/km），可生物降解的PBSA、PBS、PBAT、CA紧随其后（7～10 μm/km）；摩擦系数方面，PTFE最低（0.10），可生物降解材料排名较后。高压下，PBAT和PBSA在磨损排名中位列第二和第三，优于多种传统塑料；摩擦系数方面，PBAT排名第七，与领先者PE-HD（μ=0.23）差距较大。
3.3 显微硬度：在3.0 MPa、0.33 m/s滑动摩擦试验后，除PLA外所有材料显微硬度均下降；PVA下降幅度最大（34.1%），CA为23.8%，PBS为20.5%，PBAT为13.0%，PCL为10.9%，PBSA为9.3%，allPHA为6.9%，PLA仅变化0.8%。
讨论部分指出，摩擦系数测量重复性良好，而磨损过程具有较大随机性。3D打印参数会影响材料摩擦学性能，本研究采用0.2 mm层厚和100%填充以最小化该影响。通过加权评分，材料用于滑动部件的综合排序为：PBAT > PBS > PBSA > CA > allPHA > PVA > PLA > PCL > PPC。柔性PBAT适合旋转轴动态密封，中等刚性的PBS/PBSA适合液压机械动态密封，刚性CA和allPHA适合套筒轴承和滑动导轨。PVA虽摩擦系数低，但耐磨性差；PCL摩擦系数过高；PLA在高载下热变形；PPC性能全面不达标。研究还强调，目前评估仅基于摩擦、磨损和柔韧性，实际应用还需考虑抗蠕变性、耐化学性、疲劳强度等，因此属于初步阶段，未来应开发基于这些可降解聚合物的复合材料，并进一步分析其摩擦磨损机理。
研究结论翻译如下：
• 可生物降解与非生物降解聚合物的摩擦和磨损比较表明，所选可生物
