1.2 国内外相关研究现状及发展趋势
1.2.1 国内相关研究现状
1699年，阿蒙顿开始对木材进行经典摩擦实验研究，但是当时对木材的化学成分和结构了解并不多。现在，我们已经知道木材的成分和结构是非常复杂的。虽然木材的物理和化学性质都比较复杂，而且木材是各向异性材料，但其摩擦机理比较简单，通常是由在实际接触面积上的黏附和变形产生的。关于摩擦力的本质问题，曾经有一个比较认同的观点是：金属材料之间的摩擦以黏附作用为主，木质材料之间的摩擦以啮合作用为主。李萃裕通过实验间接证明了“如果木质材料的表面足够平整和光滑，它们之间的摩擦也以黏附作用为主”的结论（李萃裕，2009）。
许斌、蒋身学对红松、竹木复合层积材与橡胶及钢材之间的横纹静摩擦系数进行了研究，结果表明，无论是与橡胶还是不锈钢接触，竹木复合层积材的横纹摩擦系数均大于红松，这与竹材结构相吻合，且竹材的硬度大于木材。表层材料为竹材的人造板，其竹材顺纹方向的静摩擦系数小于大多数木材；而竹材横纹方向的静摩擦系数大于大多数木材，由于其运动方向与纤维方向成90°角（许斌和蒋身学，2000）。
孟庆军利用实验法评价了结构用木材、定向刨花板（OSB）、中密度纤维板（MDF）、硬质胶合板、软质胶合板、火山岩矿物板、钢板几种结构材料之间的摩擦系数。结果表明，静摩擦系数为0.2～0.4，且大小关系为：中密度纤维板>软质胶合板>硬质胶合板>火山岩矿物板>钢板>定向刨花板；而动摩擦系数是静摩擦系数的0.6～0.9，且大小关系为：火山岩矿物板>钢板>硬质胶合板>定向刨花板>软质胶合板>中密度纤维板；摩擦系数与木材密度存在负相关性（孟庆军，2010）。
近年来对木地板的摩擦性质也作了一些研究，主要集中于体育地板的研究。我国对体育地板的研究尚处于起步阶段，还未制定国家标准评价体育地板的性能。德国工业标准（DIN 18032—2）规定，体育地板具有运动、保护和技术三大功能特性（唐嘉，2003；陈豪杰和李黎，2006；周景斌，2009）。程序、杨永福、张双保介绍了常用体育地板材料的特性和应用范围，为体育地板的选择提供了依据（程序等，2006）。王宏棣、黄海兵、李蕾等详细阐述了体育用木地板的基本特性，并介绍了体育用木地板的主要结构类型，为体育馆用木地板的设计研究及应用提供了参考（王宏棣等，2006，2008）。体育馆竞赛专用木地板质量至关重要，关系到运动员技术水平的正常发挥，体育地板首先要满足体育运动场地的技术指标。李刚认为，产品要满足技术指标要求须由两部分系统组成：一部分是木地板下层的木龙骨框架结构，它决定了技术指标中回弹力和震动吸收；另一部分是木地板本身的质量，它决定了技术指标中摩擦系数、回弹力和滚动负荷（李刚，2005）。
依据国家标准GB／T 20239—2006，体育木地板必须达到6项基本功能指标。唐嘉详细介绍了体育地板的六大功能指标，认为体育地板的滑动摩擦系数取值范围要适中，通常为0.4～0.6，因为这一指标在一定程度上反映了运动员在地板上的运动稳定性。如果摩擦系数太小，运动员难以停止运动，且极容易滑出运动场外，从而无法发挥体育地板的运动功能和保护功能；反之，如果摩擦系数太大，一方面容易增加运动员的肌肉负荷而倍感疲劳；另一方面运动员突然停止运动时极易摔伤（唐嘉，2003；陈豪杰等，2007）。之后陈豪杰、李黎、王宏棣对漆种、漆膜厚度以及素板表面粗糙度对体育地板滑动摩擦系数的影响进行了系统研究，并对漆膜表面粗糙度和地板表面滑动摩擦系数之间的相关性进行了分析。结果表明，素板表面粗糙度对体育地板的滑动摩擦系数影响最大（陈豪杰等，2007）。
为改善木地板护理涂层的耐水性、耐磨性、耐候性、耐溶剂性和抗刮伤性，杨振乾、傅乐峰、冯中军等采用合成有机硅改性的丙烯酸醋乳液作为护理涂层材料，并采用纳米粒子对涂层表面微观结构进行改性以有效控制涂层的抗滑性能，认为涂层的表面微观结构对于控制表面静摩擦系数有非常积极的作用，通过调整产品中蜡质分散体的量可以灵活控制涂层的静摩擦系数（杨振乾等，2005）。刘振东、王文波、蔡雷等采用UMT-2MT摩擦试验机测试了实木地板与橡胶、440C不锈钢的摩擦系数。结果表明，多数地板与橡胶之间的摩擦系数大于0.5，满足安全标准，并且大于地板与440C不锈钢的摩擦系数（刘振东等，2012）。
关于木塑复合材料摩擦性能的研究发现，原料组成、添加助剂和制备工艺对木塑复合材料的摩擦学性能有一定影响。涂文敏、唐跃、戴永平测定了不同温度下木塑复合材料常用物料与Q235钢板、不锈钢板的摩擦系数，认为PVC和木粉的摩擦系数大于PP的摩擦系数，温度对PVC摩擦系数影响较大，而对PP摩擦系数影响较小；PVC与不锈钢的摩擦系数大于Q235钢板的，PP则与之相反，木粉与两种钢板的摩擦系数差别不大（涂文敏等，2011）。唐跃、于艳滨、庞业良测定了常温下木粉、HDPE以及木粉和HDPE混合物与钢板的摩擦系数，测定了木粉和HDPE混合物在不同温度下的摩擦系数，并分析了摩擦系数对挤出过程的影响。研究表明，木粉和HDPE混合物与钢板之间的摩擦系数大于木粉和HDPE单独与钢板的摩擦系数。随着温度的升高，木粉和HDPE混合物与钢板之间的摩擦系数减小，原因是随着温度的升高，混合物中的水分逐渐蒸发，与钢板的吸附作用减弱从而使摩擦系数减小（唐跃等，2009；唐跃和庞业良，2010；赵丹等，2003；伍波等，2009）。
杨明成、李召朋、宋卫东等利用废旧木粉、聚乙烯和粉煤灰为主要原料，添加一定量助剂，经过高温模压成型研制了一种新型木塑复合材料，采用辐射交联技术对木塑复合材料进行改性，并研究了木粉、粉煤灰和辐射剂量对木塑复合材料的物理机械性能的影响，发现添加粉煤灰可以大大降低木塑复合材料的摩擦系数和摩擦力；木塑复合材料经60kGy辐射后材料的摩擦系数降低了12.6%，拉伸强度、冲击强度和弯曲强度都有不同程度的提高（杨明成等，2010）。
另外在木材加工机械方面，切削及磨削加工对摩擦系数的影响也作了相关研究。实际切削过程中，刀具和工件的表面状态、切削速度、切削力以及切削温度都是影响摩擦系数的因素。曹平祥、周之江、华毓坤研究了金刚石涂层刀具的摩擦系数及与摩擦有关的切削力。结果表明，金刚石涂层和类金刚石涂层降低了刀片的摩擦系数，且摩擦系数随载荷的改变而变化；切削力的大小和刀具前、后刀面之间的摩擦力有密切关系，摩擦力越大切削力也越大（曹平祥等，1997）。
丘湘荣采用新型的木材高速切削实验装置，从低速到高速对木材进行二次元切削实验，对切削现象和摩擦系数之间的关系、切削速度和水分对摩擦系数的影响进行了研究。结果表明，摩擦系数是随着速度的提高而发生变化的，对气干材来说，在低、中速区切削速度对摩擦系数的影响不大，在高速区摩擦系数随着切削速度的升高而逐渐减小。而对湿材来说，在低、中速区摩擦系数缓慢增加后有下降趋势，在高速区摩擦系数逐渐降低（丘湘荣，1986）。隋永才分别采用纵向倾斜进给的二维切削和横向或纵向进给的二维、三维切削，探讨了单板切削方式对切削力及摩擦系数的作用，研究发现，二维切削时，无论是横向切削还是纵向切削，摩擦系数的减小直接影响单板的流出状态及切削加工面的粗糙程度（隋永才，1985）。
朱双霞、周小平、李玉平等对磨削加工模具材料表面的摩擦性能进行了研究，选用钢材20号、45号、40Cr等材料作为试件，采用摩擦磨损实验机测试磨削表面的摩擦性能，研究了不同磨削加工的试件材料、工艺参数、接触载荷、摩擦副相对速度等条件下磨削模具材料表面的摩擦特性。结果表明，碳素钢比合金钢的摩擦系数大，摩擦系数随着进给速度的增大而减小，进给速度在一定范围内对摩擦系数的影响不显著；摩擦系数随着载荷的增加而增大，且随着摩擦副相对速度的增大，摩擦系数有上升趋势（朱双霞等，2008）。程鹏、赵立涛、陈国需等在HQ-1摩擦磨损试验机上，比较了普通45#钢和新型钢铁材料细晶钢在不同条件下的摩擦磨损情况，结果表明，硬度较小的细晶钢比硬度较大的45#钢具有更好的摩擦学性能，其减摩抗磨的性能主要是晶粒细化的结果（程鹏等，2005）。曹东海、卢泽生通过分析平面磨削加工表面摩擦副之间的实际接触情况，根据Florida模型计算得出静摩擦系数与表面粗糙度之间的关系模型，认为确定摩擦副材料后可以通过给定的摩擦副表面粗糙度值及所施加的载荷计算出摩擦副间的静摩擦系数（曹东海和卢泽生，2006）。
温度和润滑添加剂对钢/钢摩擦副之间的摩擦性能有显著影响。刘佐民采用摩擦系数和磨损量在线测量方法，发现温度对M50高速钢摩擦磨损的影响较显著。当试验温度在400℃以下时，随着温度的升高，高速钢的磨损量逐渐增大，而摩擦系数几乎保持不变；当温度达到400℃，摩擦系数几乎降低一半，表现出高磨损低摩擦的特征；在400℃以上，由于界面金属膜的出现，摩擦系数和磨损量随温度升高而迅速下降（刘佐民，1997）。苏登成、郑少华、王平采用一种纳米矿物润滑油添加剂对钢／钢摩擦副表面改性的影响及其作用机理进行研究，采用X射线能量色散谱仪、扫描电子显微镜和显微硬度测试仪对摩擦表面形貌进行分析，研究发现，在摩擦过程中纳米粒子会在摩擦表面渗入沉积并形成纳米保护层，对摩擦表面起到了很好的减摩作用（苏登成等，2008）。
目前，关于木质材料与橡胶之间摩擦性质的研究报道较少，而橡胶摩擦是一种非常复杂的现象。对这种复杂现象的研究，前人已经做了不少工作并取得可观成果，可以为木质材料与橡胶间摩擦性质的研究提供参考。橡胶的摩擦学性能是橡胶制品一项非常重要的指标，如橡胶轮胎的耐磨性能、制动性能和密封件的耐磨性等（王贵一，2000），不仅可以提高橡胶制品的耐磨性，延长使用寿命，还可以节约能源、润滑剂等材料，取得较好的经济效益和社会效益（吕仁国等，2002）。
李勇、陈树新提出了一种新的橡胶黏附摩擦机理，由微观和唯象分析建立了橡胶在刚性表面上黏附摩擦理论模型。研究发现，橡胶的黏附摩擦主要是由粘弹性质引起的。橡胶的摩擦性能受多个因素的影响，其中试验条件的影响显著而复杂，试验条件的微小改变，会引起摩擦力的急剧变化，甚至变化的趋势也各不相同。因此在研究橡胶的摩擦性能时，应综合考虑这些因素，特别是温度和速度的影响。发现随着温度的升高，橡胶的摩擦力增大，但在低温、低压和高速条件下或当橡胶表面较硬时，摩擦力会随着粗糙度的增大而减小（李勇和陈树新，2003）。常俊杰、程政根据Moore理论，针对不同填充材料的乙丙橡胶，研究了滑移速度、挤压压力和添加材料种类对摩擦系数的影响。研究发现，硬度不同的橡胶，其摩擦系数随滑移速度的变化表现出不一致的特点。硬度为30HD的橡胶，其摩擦系数随速度增加而微上升；硬度为40HD的橡胶，在速度为0.1m/s处出现下降趋势；硬度为50HD的橡胶，填充合成硅的橡胶摩擦系数随速度增大而增大，而填充黑炭的橡胶摩擦系数随速度增大而减小（常俊杰和程政，2007）。王柏生、尹毅颖基于橡胶的摩擦学机理，对橡胶-地面石材的摩擦性能进行了实验研究，分析了名义接触面积、法向荷载、静止接触时间对摩擦性能的影响。结果表明，静摩擦系数与名义接触面积、静止接触时间呈正相关线性关系；橡胶-地面石材的静摩擦系数随着法向荷载的增大而有所减小，且减小的幅度逐渐减小。当法向荷载大于某一定值时，静摩擦系数趋于稳定，法向荷载的影响较小，可以忽略（王柏生和尹毅颖，2009）。
1.2.2 国外相关研究现状
在19世纪50—60年代，国外就已经对这方面作了大量研究。其中，Bowden、Tabor和Atack对木材和钢铁之间的摩擦系数进行了大量研究，并提出了摩擦理论模型（Bowden F.P.和Tabor D.，1964；Atack D.和Tabor D.，1958）。May和Atack主要研究了磨削过程中的基本机理（Atack D.和May W.D.，1958；Atack D.和May W.D.，1962）。但是在此期间，对此领域的报道还不多，因为当时还不具备在高速滑行速度条件下测试摩擦性质的条件，直到2000年瑞典大学开发了TT2000摩擦测试机，从而实现了测定摩擦性质的目的。之后，Mclaren、Mckenzie和Mcmillin等对木材的摩擦性质也进行了大量研究（Mclaren K.G.等，1960；Mckenzie W.M.和Karpovich H.，1968；Mcmillin C.W.等，1970；Svensson B.A.等，2005）。Mclaren K.G.等研究了铁梨木的摩擦性质，结果表明，木材抽提物和温度对摩擦系数的影响较大，木材中的树脂被提取后，其摩擦系数可增大到0.45；随着温度的升高，摩擦系数有所降低，但随着温度继续升高，摩擦系数波动较大（Mclaren K.G.等，1960）。Garoff N.等研究了纸与金属的摩擦性质，认为木材抽提物对摩擦系数影响较大，主要是由于木材中的树脂酸、脂肪酸、甘油三酸酯等抽提物具有润滑作用（Garoff N.等，1999；Hamel J.等，2002）。
木材与钢材之间的摩擦系数主要取决于木材种类、含水率、钢表面性质、滑动速度和载荷，其中湿木材的摩擦系数大于干木材，钢表面粗糙度越大摩擦系数越大（Atack D.和Tabor D.，1958；Guan N.等，1983；Masako Seki等，2012）。Mckenzie W.M.等研究了木材与木材、钢材之间的摩擦系数，结果发现，滑动速度对摩擦系数的影响最显著，钢材表面粗糙度和木材含水率对摩擦系数也有影响（Mckenzie W.M.和Karpovich H.，1968）。Beer P.研究了滑动速度和载荷对木材与低合金钢之间摩擦系数的影响，随着滑动速度和载荷的增加，摩擦系数反而降低（Beer P.，2005）。
Bejo等研究了载荷和滑动方向对单板层基材（LVL）和木条定向层积材（LSL）摩擦系数的影响，结果表明，当滑动方向垂直于表面纹理方向时，静摩擦系数和动摩擦系数均较大（Bejo L.等，2000）。Cihangir S.和Turkan A.研究了橄榄树两种变种的物理性质，以及两种变种与不同材料表面的静摩擦系数，主要研究了橄榄树变种与镀锌钢板、木材、油漆钢板之间的摩擦系数。研究发现，橄榄树两种变种与木材表面的摩擦系数最低，约为0.15（Cihangir S.和Turkan A.，2005）。Colak A.和Sacilik K.研究了橡胶、胶合板、镀锌钢板和铬钢的表面摩擦系数，认为橡胶表面的静摩擦系数最大，约0.62，其次为胶合板、镀锌钢板和铬钢，静摩擦系数分别为0.49、0.43和0.41（Colak A.和Sacilik K.，2002）。Zhang P.C.、Takuya N.、Jason Mccormick等研究了钢材和砂浆、钢材和钢材、木材和石材的摩擦系数，认为材料的特性（如硬度和粗糙度）在滑行时会影响摩擦系数（Zhang P.C.等，2008）。
关于木塑复合材料摩擦性质的研究发现，当用热塑性材料处理木材时，木材的水分含量、抽提物、纹理方向和施加的载荷都可以改变其摩擦性质（Mckenzie W.M.和Karpovich H.，1968；Mcmillin C.W.等，1970；Lem oine T.J.和Koch P.，1970；Lemoine T.J.等，1970；Bejo L.等，2000；Mcmillin C.W.和Lemoine T.J.，1970）。Hokkirigawa等以中密度纤维板和酚醛树脂为原料，在1073K温度下制得木质陶瓷，并对其摩擦性能进行了研究。结果表明，油作润滑剂时，木质陶瓷的摩擦系数与滑动速度无关，并且随着载荷的增大，木质陶瓷的摩擦系数有所减小；水作润滑剂时，滑动速度小于12m/s时与油润滑相似，滑动速度大于12m/s时木质陶瓷的摩擦系数随着滑动速度的增大而增大（Akagaki T.等，1999）。
1.2.3 发展趋势
随着科技的进步，摩擦学研究应用将由静态进入动态，由宏观分析进入微观机理研究，由定性分析到定量计算，成为系统综合的研究领域。到目前为止，摩擦学研究除了在润滑理论、摩擦与磨损机理、减摩耐磨材料研究、摩擦学测试技术和设备工况检测技术等传统领域内取得较大进展外，还深入到更广阔的领域，在微观领域、太空领域、生命科学等一些未曾达到的技术领域内也形成了新的科学分支，并推动这些领域的科技进步。
最近几年，摩擦学已处于一个相对平稳的发展阶段，大多数研究工作主要集中在对过去研究的深入和细化上，并没有取得突破性进展。研究趋势可以归纳为以下几个方面：①为满足环保和节能要求，绿色摩擦学研究将在摩擦学的发展中具有十分重要的现实意义；②将计算机技术引入摩擦学研究工作中，对摩擦学基础理论研究进行细化，并进一步深入模型化研究；③由于受到在线检测方法和分析手段的制约，摩擦反应机理尚不明确，还需进行大量工作。
作为一门交叉性学科，摩擦学的发展带动了摩擦学在其他领域的创新发展。迄今为止，已对木制品在使用和加工过程中存在的摩擦力进行了初步研究，并取得了一定的成果。在木材加工领域，木质材料摩擦性质研究的发展趋势将主要集中于以下几个方面：①对木制品于加工使用过程中的摩擦性质进行研究，并建立木质材料表面摩擦性质理论模型；②探讨木质材料的表面摩擦机理，为木质材料产品使用及加工制定标准提供理论依据；③考察木质材料与刚性材料、弹性材料之间的摩擦性质，建立不同性质材料的摩擦理论模型。