高分子聚合材料具有的高比强度、比模量、尺寸稳定性，优异的耐腐蚀性能、耐磨性、介电性能、电绝缘性能等特点[1-2]，在建筑、电器、交通、日用品、特种材料及通信等领域广泛应用[3-4]。但复合材料的热导率低，限制其在电子元器件、航空航天领域方面的应用，通常需要添加填料增加材料的导热系数。复合材料也因为交联密度高、分子链刚性大等原因，存在磨损性能差以及热冲击时易开裂等缺点[5]。同时，由于高弹性、低模量的特点，复合材料的磨损也受摩擦性能影响[6-7]。材料的磨损量较大时，其使用寿命降低，同时影响材料的其他性能（如力学性能、耐热性能和阻燃性能等）[8-9]。所以，提高复合材料的摩擦磨损性能可以降低复合材料自身磨损量，提高其使用寿命，同时也能使材料的力学性能、耐热性能和阻燃性能的得到一定的保证。柔性链是能够在溶液中自由卷曲形成无规线团的柔顺分子链，其可以实现不同程度卷曲，对改善材料的柔性和韧性有显著作用。柔性分子可分为长碳链、碳碳双键、碳氧键、碳氮键、碳硅键和硅氧键等六种。在有机分子链中，分子内相互作用不大，内旋转位垒较小，虽然双键本身不能发生旋转，但能使邻接的单键内旋转更容易，所以具有较大的柔性。同时，无机分子中的Si—O等单键进行内旋转时位垒也较小[10-12]。Cite Space V是一款和Java相关的可视化文献分析软件。Cite Space V可以显示一个学科或知识在一定时期发展的趋势与动向，形成若干研究前沿领域的演进历程。本研究通过Cite Space V软件，分析近10年内国内外改善复合材料摩擦磨损性能领域的文献，系统全面地了解国内外学者对于复合材料摩擦磨损的研究情况，通过聚类分析找到柔性链在该领域的研究热点，为相关研究提供依据。1作者和机构的知识图谱分析以复合材料及摩擦磨损性能为主题，对2013年—2022年的文献进行检索，在WOS核心合集共得到6 349篇国外论文和5 172篇国内论文；在CNKI数据库中得到核心期刊和硕博士论文1 699篇。通过分析利用Cite Space V生成的机构与国家合作关系网络图，得出该研究内容在不同作者及研究机构的分布情况，节点表示作者或机构，连线代表合作关系。对2013年—2022年的文献以1年为时间切片进行分析，表1为高频发文作者及机构。图1和图2分别为得到的作者和机构合作网络图谱。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.T001表1高频发文作者及机构Tab.1High-frequency publication of the authors and institutions作者频次机构频次Yang J/中国39Indian Institute of Technology System/印度理工学院932Wang H Y/中国39University of Chinese Academy of Sciences/中国科学院大学915Li W/中国37Lanzhou Institute of Chemical Physics/中国科学院兰州化学物理研究397Shi X L/中国32Russian Academy of Sciences/俄罗斯科学院175Chen J M/中国29Nanjing University of Aeronautics & Astronautics/南京航空航天大学164Wang Q H/中国24Harbin Institute of Technology/哈尔滨工业大学145Yan F Y/中国21Islamic Azad University/伊斯兰阿瑟德大学139Li H J/中国20Council of Scientific & Industrial Research/印度科学与工业研究理事会133Zhang P/中国19Jilin University/吉林大学132Wang T M/中国18Shandong University/山东大学130Popoola A P I/南非17Xi'an Jiaotong University/西安交通大学129Ravichandran M/印度17Central South University/中南大学128Aliofkhazraei M/伊朗16Shanghai Jiao Tong University/上海交通费大学127Radhika N/印度16Anna University/印度安那大学120Ju H B/印度15Northwestern Polytechnical University/西北工业大学11810.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.F001图1作者合作网络图谱Fig.1Author cooperation network map10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.F002图2机构合作网络图谱Fig.2Institution cooperation network map从图1可以看出，共有217个节点，279条连线。从图2可以看出，共有186个节点，718条连线。在图谱网络结构中，节点越大，代表组织机构或作者的发表文献数量越多，对应频次越高。从表1可以看出，各国在材料磨损领域的研究主要集中于中国、印度等，主要研究国家之间的研究网络结构相对密集，与其他机构的交叉合作较多，同时由图中节点之间连线的交错程度可以看出，作者及机构间研究主要集中在中国、印度及俄罗斯，说明对材料摩擦磨损领域进行研究的机构多属于这3个国家。2关键词知识图谱分析关键词是文章主题的高度概括和凝练，通过关键词分析找到国内外的研究的热点以及发展趋势，可以为以后的相关领域研究提供依据[13-16]。分别对中英文文献的关键词进行聚类统计分析，图3和图4为得到的知识图谱。从图3可以看出，共有节点182个，连线888条，即在该知识图谱可视化中，共产生182个关键词及888条关联关系。从图4可以看出，共有节点457个，连线6 046条，在该知识图谱可视化中，共产生了457个关键词及6 046条关联关系。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.F003图3相关中文文献关键词图谱Fig.3Keywords map of the related Chinese literature10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.F004图4相关英文文献关键词图谱Fig.4Keywords map of the related English literature为突出复合材料摩擦磨损性能改善的过程，除去“摩擦性能(friction property)”“摩擦磨损(friction and wear)”“复合材料(composites)”等通用关键词，针对研究过程中的研究方法、基体材料和填料进行统计。2.1研究方法分析表2和表3分别为相关中、英文文献频次前3的研究方法。从表2和表3可以看出，“表面改性(surface modification)”和“化学反应(chemical reaction)”代表该领域研究中的主要技术手段；“热处理(heat treatment)”和“聚合(polymerize)”表明复合材料改性的主要工艺为共混改性和共聚改性。共混改性是指柔性链与聚合物的高温熔融过程。分为直接将柔性链分子和聚合物共混以及先使用柔性链进行分子改性，将改性分子共混到聚合物两种[17]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.T002表2研究方法相关中文文献高频关键词及频次Tab.2High-frequency keywords and frequency of Chinese literature related to research methods年份关键词频次关键词频次关键词频次2013热压烧结4热处理4表面处理32014激光熔覆6热压烧结4表面改性32015微弧氧化4激光熔覆3热处理32016复合涂层7热处理5热压烧结32017热处理6协同效应4表面改性42018激光熔覆5挤压铸造4热处理42019激光熔覆13表面改性9微弧氧化82020表面改性6协同效应5热压烧结32021复合涂层5激光熔覆5火焰喷涂42022热处理9复合涂层7表面改性610.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.T003表3相关英文文献高频关键词及频次Tab.3High-frequency keywords and frequency of relevant English literature年份关键词频次关键词频次关键词频次2013heat treatment30laser cladding18surface modification152014composite coatings62laser cladding17heat treatment122015composite coatings67heat treatment37laser cladding302016heat treatment44composite coatings38polymerize242017composite coatings44surface modification41laser cladding372018heat treatment48chemical reaction32surface modification222019heat treatment96chemical reaction51polymerize442020surface modification63polymerize48composite coatings432021laser cladding72chemical reaction54heat treatment512022heat treatment89laser cladding68polymerize48共混改性可使柔性链分子分散于材料中起到一定支撑作用，分担材料的载荷，提高复合材料的承载能力和抗塑性形变能力，减小复合材料在外力作用下的形变量；其次，经有机或离子溶液改性后的柔性分子可以更加均匀分散于复合材料，提高材料组分间的界面相互作用力，提升材料的结合性能[18-19]。共聚改性指柔性链与聚合物的聚合过程。柔性链在聚合物形成的过程中结合到聚合物的大分子链中[20-21]。共聚改性中柔性分子可以和聚酰亚胺的刚性分子通过共价键连接生成刚柔嵌段共聚物。共价键连接限制了链段间的宏观相分离程度；同时，结构上的差异也导致了共聚物链段间的不相容而易发生相分离。刚柔链段间的这种择优取向竞争使得嵌段共聚物在一定条件下有序聚集，形成多层次有序高级结构的构筑单元[17, 22]。所以柔性链可以赋予聚酰亚胺柔软性和可延伸性，聚酰亚胺具有一定的柔软性可以减少与外界的真实接触面积，因此摩擦力减小[23]，摩擦系数和磨损也随之减少。2.2基体材料和填料分析表4和表5为相关中、英文文献频次前5的基体材料和填料。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.T004表4基体材料和填料相关中文文献高频关键词及频次Tab.4High-frequency keywords and frequency of Chinese literature related to matrix materials and fillers年份关键词频次关键词频次关键词频次关键词频次关键词频次2013碳纤维8玻璃纤维6酚醛树脂5聚苯硫醚4石墨烯32014碳纳米管4石墨烯4聚酰亚胺3碳纤维3碳化硅32015石墨8聚氨酯6碳纤维6石墨烯4二氧化硅42016碳纤维9聚酰亚胺6玻璃纤维5石墨烯5超高分子量聚乙烯42017石墨烯8碳纤维6聚酰亚胺5石墨5聚氨酯42018石墨烯15石墨9聚醚醚酮6碳纳米管5二氧化硅42019石墨烯10环氧树脂8镍基合金7碳纤维6聚氨酯62020聚氨酯10石墨烯9聚酰亚胺8碳化硅6二氧化硅52021石墨烯11碳纤维5聚醚醚酮4二氧化硅4聚氨酯32022环氧树脂11聚醚醚酮9石墨烯8二氧化硅7聚酰亚胺510.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.T005表5相关英文文献高频关键词及频次Tab.5High-frequency keywords and frequency of relevant English literature年份关键词频次关键词频次关键词频次关键词频次关键词频次2013polyimide32ethoxyline resin29alloy26SiC particles21boron carbide152014carbon nanotubes32SiC particles23boron carbide19carbide19ethoxyline resin162015carbon nanotubes56polyimide25polyurethane21UHMWPE17ethoxyline resin142016graphite47nanoparticles34carbon nanotubes28graphene oxide24SiC particles212017carbon nanotubes57polyurethane49PTFE33ethoxyline resin29PEEK242018polyimide43PTFE37graphene oxide27silica22UHMWPE192019graphene oxide57carbon nanotubes32silicon carbid27polyimide24polyurethane202020metal matrix composites84nanoparticles64carbide56graphene oxide46PEEK412021carbon nanotube71graphene65PEEK62polyurethane52PTFE472022PTFE79polyurethane77ethoxyline resin50graphene oxide47polyimide44“环氧树脂(ethoxyline resin)”“聚氨酯(polyurethane)”“聚酰亚胺(polyimide)”和“聚醚醚酮(PEEK)”等材料的高频出现，反映了国内外学者在改善摩擦性能中使用的热点基体材料。Kim等[24]合成了不同类型的酸酐改性环氧树脂，以提高环氧聚合物的抗冲击性能。结果表明：添加的柔性环氧树脂与双酚A环氧树脂(DGEBA)和双酚F环氧树脂(DICY)相互作用形成牢固结构，从而提高了对外部冲击的抵抗力及耐磨性，因此，断裂的表面图像显得不均匀。相比之下，没有柔性环氧树脂的试件具有光滑的表面，表明在冲击条件下，试样没有显著阻力会发生裂纹。Nikje等[25]通过掺入有机官能化的蒙脱石(MMT)合成含有聚醚多元醇的柔性聚氨酯纳米复合材料(PUNCs)，并引入异氰酸酯。对所制成的PUNC的形貌、热性能和力学性能进行了研究。结果表明：其性能都得到改善，但在研究过程中发现异氰酸酯含量过高时，热性能开始下降。Song等[26]为提高聚酰亚胺的力学强度和耐磨性引入聚苯并咪唑(PBI)，使用分子动力学模拟方法测试PBI/PI复合材料的热学、力学和摩擦学性能。结果表明：填充PBI后，PI和PBI分子之间的强烈吸附效应限制了PI的运动，使得分数自由体积(FFV)和均方位移(MSD)减小，有效改善了PBI/PI复合材料的力学性能与耐磨性。Xiong等[27]采用真空热压法制备了填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的PEEK基复合材料。采用Block-on-Ring摩擦磨损钻机研究了这些材料的摩擦学性能。结果表明：与纯PEEK相比，PEEK/UHMWPE复合材料在摩擦过程中的刮削和划痕量明显减少，摩擦系数也有效降低。同时，“石墨烯(graphene)”“石墨(graphite)”“碳化物(carbide)”“纳米粒子(nanoparticles)”等填料的出现频次较高，一定程度上反映了国内外学者在该研究领域中使用的主要改性分子。且“超高分子量聚乙烯(UHMWPE)”“二氧化硅(silica)”“碳化硅(silicon carbid/sic particles)”和“聚四氟乙烯(PTFE)”等柔性填料的出现，说明目前国内外开始普遍利用柔性链的特性来改善复合材料摩擦磨损性能的相关研究。Gu等[28]制备了填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基复合材料，使用盘式球摩擦剂研究了UHMWPE/PMMA复合材料摩擦性能。结果表明：填充UHMWPE使PMMA基复合材料的肖氏硬度提高，具有更紧实的微观组织，显著降低了材料的摩擦系数和磨损率。Zhang等[29]通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性SiO2纳米颗粒(A-SiO2)并引入聚酰亚胺基质中，制备了具有高电阻的高温SMPI。在相同磨损条件下，相比于纯SMPI的严重磨损，添加A-SiO2的SMPI复合材料具有高玻璃化转变温度及低磨损率，磨损机理也从黏合和疲劳磨损演变为轻微黏着磨损。Xue等[30]采用纳米碳化硅、微米碳化硅和晶须碳化硅作为聚醚醚酮(PEEK)的填料，研究了各种SiC填料对PEEK复合材料摩擦磨损的影响。虽然纳米碳化硅、微米碳化硅和晶须碳化硅的PEEK复合材料的磨损机理不同，但这些填料都降低了PEEK基体材料的摩擦。梁莉莉等[31]制备了不同比例的聚四氟乙烯/双马来酰亚胺(PTFE/BMI)改性树脂，并对其摩擦磨损性能进行了研究。引入PTFE后聚合物在摩擦过程中会产生转移膜填充或覆盖至摩擦对偶表面，保护了材质柔软的改性材料表面。同时聚合物分子运动摩擦表面会由高弹态转变为黏流态，甚至发生表面的熔融、较小聚合物的形变来降低摩擦系数。但PTFE含量过高时，材料的刚性开始起反向作用，使得磨损性能开始下降。3结论通过使用Cite Space V对2013年—2022年关于复合材料摩擦磨损研究中发表的相关文献进行数据分析，全球范围内提升材料摩擦磨损性能领域研究内容整体联系密切，但作者间的合作连线较少，缺乏广泛性，不利于该领域的持续发展。研究机构分布过于集中，国家或机构间交叉合作较少，会导致研究结果有片面性。近10年国内外研究中柔性链已经接替石墨烯、碳纤维和石墨等分子，成为一种改善复合材料摩擦磨损性能的新趋势，占比也越来越重。常见的柔性分子添加剂包括超高分子量聚乙烯、二氧化硅、碳化硅和聚四氟乙烯等；热点研究的复合材料有环氧树脂、聚氨酯、聚醚醚酮和聚酰亚胺等。但添加剂和材料种类较为集中，所以拓宽研究广度，扩大选料范围也会成为该领域研究的一种新方向。复合材料改性的主要工艺为共聚改性和共混改性。共混改性可以使柔性分子更好地分散于复合材料，提高材料组分间的界面相互作用力，提升材料的结合性能，同时，柔性分子在基体中也能起到支撑作用，提高材料的载荷能力，减小外力下的形变量来提高材料的耐磨损性能。共聚改性主要作用在分子内部，直接将柔性分子添加到分子结构中生成刚柔嵌段共聚物，形成多层次有序高级结构的构筑单元来提升材料的延展性。同时在摩擦过程中形成转移膜，以此来减小摩擦。在柔性分子的应用中也存在一定的问题，高分子添加量过多时，因本身的刚性起到反向作用，并且热稳定性较基体材料差，在分子结构中不利于结构的稳定性，也为后续提供一定研究方向。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.10.025.F005