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2.2.2不同種類纖維填充高分子材料的性能
作為高分子材料的增強體，一般要求纖維有很高的強度和模量，不與基體反應且能與基體形成良好的界面，作為耐磨材料還要求纖維有高的耐磨性和硬度。研究較多的主要集中在玻璃纖維，碳纖維和芳綸(Kevlar)纖維等。早在六，七十年代，科學家就發現碳纖維填充可提高高分子材料的導熱性能和抗熱變形能力，相應的使材料的磨損率降低。Sung等[13]比較了Kevlar-49和石墨填充環氧樹脂復合材料的磨損性能，發現Kevlar纖維能使環氧的磨損率降低到和石墨填充環氧相同的水平，且能獲得更低的摩擦系數。Cirino等[14]研究的結果表明，碳纖維填充高分子材料可獲得比玻璃纖維填充更低的磨損率和摩擦系數，認為有兩個原因，一是因為碳纖維可以起到界面潤滑的作用，另一方面，玻璃纖維的斷裂和拔出會造成比較嚴重的磨粒磨損。Wishwanath等[15]以聚乙烯基丁酯改性酚醛樹脂為基體，研究了玻璃纖維，高強碳纖維和Kevlar-49三種纖維在不同摩擦條件下對材料的增強作用。隨著摩擦速率的上升，復合材料的溫度也隨之上升，造成基體材料的軟化甚至炭化，使纖維和基體的界面松動，在摩擦力作用下，發生纖維的斷裂和脫落。在這兩種作用下，復合材料的結構完整性被破壞。對玻璃纖維填充酚醛樹脂這種破壞發生在摩擦速率12.94 m/s時，而對于碳纖維和Kevlar纖維填充的情況，這種破壞則發生在摩擦速率17.8 m/s。對摩擦面的形貌分析發現，玻璃纖維增強復合材料的表面粗糙度從磨損前的0.13微米上升到磨損后的0.26微米，而碳纖維和Kevlar纖維填充的情況其表面粗糙度分別為0.17和0.11微米。相應的磨損率的關系也是Kevlar<碳纖維<玻璃纖維，電鏡對磨損面的觀察解釋了三種纖維增強的不同機理。在碳纖維和玻璃纖維填充的情況下，摩擦表面都可以觀察到很多斷裂的顆粒和纖維，而在Kevlar纖維填充復合材料的磨損面很少。說明韌性的Kevlar纖維能夠更有效的抵抗摩擦過程的剪切力，而同時磨掉的顆粒也不像玻璃纖維和碳纖維那樣容易形成嚴重的磨粒磨損。對摩擦系數的研究得到了相反的結果，玻璃纖維和碳纖維填充材料的摩擦系數比Kevlar纖維填充材料更低，其原因可能是斷裂和脫落的纖維因表面光滑且硬而在摩擦面之間起到滾軸的作用，從而使摩擦系數降低。
2.2.3纖維排列方向對磨損性能的影響
連續纖維在高分子基體中的排列，相對于摩擦運動的方向有三種排列方式[16]，一種是平行于摩擦運動的方向(P)，一種是平行于摩擦面但垂直于摩擦運動方向(AP)，另外一種是垂直于摩擦面(N)。對于雙向編織纖維，存在四種摩擦方式，分別是:平行于摩擦面且平行于纖維排列方向(P)，平行于摩擦面的垂直排列(AP)，垂直于摩擦面的平行排列(NP)以及垂直于摩擦面且垂直于摩擦方向(NAP)。
Friedrich等[17]在石墨纖維填充PEEK的磨損性能的研究中詳盡地闡述了各種排列方式對材料磨損性能的影響及其不同的機理。在所有的排列方式下，復合材料的磨損率都隨PV值和摩擦溫度的上升而增加。在相同的摩擦條件下，P方向的材料的磨損率最低，而AP方向上得到最高的磨損率，甚至超過未填充PEEK, N方向的磨損率介于兩者之間，但比純PEEK的磨損率低。摩擦系數則基本不受PV值和摩擦溫度的影響，同時，三種排列方式下得到的摩擦系數都高于純PEEK。根據材料的不同性能，Friedrich等提出不同方向的磨損機理，認為在三種排列方式下都是纖維起主要承載作用，因此，對于P方向，裂紋和斷裂都是在垂直滑動的方向發展，因此是不連續的，故裂紋之間的距離較大，并不容易造成纖維的脫落，在N方向時，纖維增強了材料，減小了界面的剪切作用，使磨損率降低，但同時應力集中作用于纖維末端，造成界面層下纖維的斷裂和拔出，成為主要的磨損方式。
對于編織纖維增強的復合材料，其磨損率可以降低到單向纖維增強材料的1/6，摩擦系數也相應的有所降低。同時，編織纖維增強復合材料的磨損性能表現出較明顯的各向同性，在各磨損面的磨損率相差不大，通過對磨損面的觀察，表明編織纖維綜合了單向纖維在各方向的作用，使耐磨性大大提高。
2.3 無機顆粒填料增強高分子材料的磨損性能
目前人們對無機化合物填充聚合物基復合材料的研究比較多，這類填料包括的種類較多，如氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、金屬碳酸鹽、硫化物、晶須等無機化合物填料對聚合物摩擦學性能的影響。
在高分子材料中添(tian)加(jia)無機顆粒(li)也是常用(yong)的(de)(de)改性(xing)(xing)方法，無機顆粒(li)的(de)(de)加(jia)入可(ke)(ke)以起到(dao)降(jiang)低成(cheng)(cheng)本、提高力學(xue)性(xing)(xing)能、增(zeng)加(jia)熱穩定(ding)性(xing)(xing)等(deng)作(zuo)用(yong)。同時，硬質(zhi)無機粒(li)子在高分子材料中可(ke)(ke)以起到(dao)支撐作(zuo)用(yong)。納米級的(de)(de)添(tian)加(jia)劑不但可(ke)(ke)以在摩(mo)(mo)擦(ca)表面(mian)成(cheng)(cheng)膜，降(jiang)低摩(mo)(mo)擦(ca)因數，而且可(ke)(ke)以對(dui)摩(mo)(mo)擦(ca)表面(mian)進行一定(ding)程度的(de)(de)填補和修復，起到(dao)抗磨作(zuo)用(yong)。因此，通過填充無機顆粒(li)來提高高分子材料的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)磨損性(xing)(xing)能也成(cheng)(cheng)為研(yan)究(jiu)的(de)(de)熱點(dian)。