一種聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其是一種聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空航天、汽車、輪船、機(jī)械制造等工業(yè)飛速發(fā)展，在干摩擦及液壓和水環(huán)境 下使用的高承載的摩擦滑動部件越來越多。自潤滑材料技術(shù)因其獨特優(yōu)勢成為當(dāng)前潤滑技 術(shù)的發(fā)展趨勢，高強(qiáng)高耐磨潤滑材料的研制也成為了摩擦學(xué)領(lǐng)域的研宄熱點。
[0003] 聚酰亞胺及其復(fù)合材料因具有質(zhì)輕、抗沖擊、耐高溫、耐溶劑性能以及良好的減摩 抗磨性能，作為潤滑材料在國防及民用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。純聚酰亞胺摩擦"跑合"期長、 摩擦系數(shù)大以及耐磨性差而無法滿足高承載、高速等苛刻運行條件的使用要求，因此必須 對其改性。為此，科研工作者嘗試引入各種填料來改善聚酰亞胺的摩擦學(xué)性能的方法已有 很多報道，一般采用引入硬質(zhì)增強(qiáng)相（碳纖維、玻璃纖維、陶瓷以及金屬粉末）和固體潤滑 相（石墨、聚四氟乙烯、二硫化鉬以及云母粉等）。但是單一的增強(qiáng)相對聚酰亞胺減摩性的 改善效果略顯不足，而單一的固體潤滑相又常常會伴隨復(fù)合材料強(qiáng)度的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料及其制 備方法，采用多元功能性填料協(xié)同復(fù)合改性，在聚酰亞胺中引入高強(qiáng)的碳纖維以提高其機(jī) 械強(qiáng)度和抗磨性，引入固體潤滑相石墨改善其減摩性，與此同時，引入少量高強(qiáng)度的納米碳 纖維來保護(hù)碳纖維和聚酰亞胺基體，進(jìn)一步降低其摩擦系數(shù)和磨損率，獲得高性能聚酰亞 胺基自潤滑復(fù)合材料，滿足機(jī)械、交通等工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω吣湍櫥牧系男枨蟆?br>[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0006] 一種聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0007] (1)將納米碳纖維分散于無水乙醇中，依次加入聚酰亞胺、碳纖維和石墨，所述聚 酰亞胺、碳纖維、石墨、納米碳纖維的體積分?jǐn)?shù)分別為65~80%、10~20%、5~15%、3~ 9%，分散均勻后過濾、烘干、攪拌，得混合料；
[0008] (2)將所述混合料依次進(jìn)行熱壓成型、保溫、冷卻、脫模。
[0009] 進(jìn)一步，所述聚酰亞胺為單醚酐型，所述聚酰亞胺由4,4' -氧撐雙鄰苯二甲酸酐 和4, 4' -二氨基二苯醚聚合而成。
[0010] 在上述方案中，所述聚酰亞胺的粒徑為< 75 μπι，所述碳纖維平均直徑為7 μπι，長 度為25~60 μ m，所述石墨的粒徑為40~500 μ m，所述納米碳纖維平均直徑為150nm，長度 為 10-20 μm。
[0011] 在上述方案中，所述熱壓成型的溫度為350~375°C，所述熱壓成型的壓力為25~ 35MPa，所述保溫時間為40~60min。
[0012] 本發(fā)明還包括聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料，所述復(fù)合材料的邵氏硬度多85度、壓 縮強(qiáng)度彡150MPa、吸水率< 0. 09wt. %、大氣下摩擦系數(shù)0. 2-0. 25、大氣下的體積磨損率 彡7X l(T6mm3/Nm、水潤滑下摩擦系數(shù)0. 09-0. 15、水潤滑下體積磨損率彡8X l(T7mm3/Nm。
[0013] 本發(fā)明的材料是由樹脂、增強(qiáng)相、潤滑相和納米材料組成。本發(fā)明選用聚酰亞胺樹 脂作基體是因為其具有良好的熱穩(wěn)定性、高的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異的耐溶劑性能，且在高低壓、 高載下具有較好的摩擦學(xué)特性。選用碳纖維作為增強(qiáng)相是因為其具有高的比強(qiáng)度、比模量、 低的熱膨脹系數(shù)、良好的耐蠕變性能和耐腐蝕性能。選用石墨作為潤滑相是因為其具有良 好的自潤滑性能，可以在摩擦配副表面形成致密的潤滑膜。選用納米碳纖維是因為其具有 大的比表面積、良好的機(jī)械性能以及自潤滑性能，可以發(fā)揮彌散強(qiáng)化、保護(hù)碳纖維和聚酰亞 胺基體，同時有助于石墨在摩擦配副表面潤滑膜的形成。
[0014] 本發(fā)明的特點在于所制備的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、耐磨性突 出、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點，且具有低的吸水率，在水環(huán)境、高承載等極端苛刻條件下保持優(yōu)異 的潤滑性能。該聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料可運用于重載、高速以及水環(huán)境等惡劣運行條 件。
[0015] 采用多元填料，發(fā)揮不同填料協(xié)同耦合增強(qiáng)作用，實現(xiàn)聚酰亞胺基復(fù)合材料高減 摩抗磨性。該材料可作為潤滑材料用在工作于重載、高速、大氣環(huán)境以及水環(huán)境等苛刻運行 條件的機(jī)械部件，延長設(shè)備的使用壽命。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于 此。
[0017] 實施例1
[0018] 首先，將納米碳纖維分散到無水乙醇中，超聲分散30分鐘；其次，依次加入聚酰亞 胺、碳纖維和石墨，超聲分散處理，過濾烘干，然后機(jī)械攪拌混合15分鐘；所述的原料的組 成和體積分?jǐn)?shù)為聚酰亞胺65%、碳纖維20%、石墨15%、納米碳纖維3%;最后，采用熱壓燒 結(jié)技術(shù)，將混好的料熱壓成型，模壓溫度為350°C，壓力35MPa，保溫保壓40分鐘，自然冷卻 至室溫，脫模。
[0019] 實施例2
[0020] 首先，將納米碳纖維分散到無水乙醇中，超聲分散60分鐘；其次，依次加入聚酰亞 胺、碳纖維和石墨，超聲分散處理，過濾烘干，然后機(jī)械攪拌混合15分鐘；所述的原料的組 成和體積分?jǐn)?shù)為聚酰亞胺70 %、碳纖維12 %、石墨10 %、納米碳纖維9 %;最后，將混好的料 放入模具中熱壓成型，模壓溫度為360°C，壓力30MPa，保溫保壓50分鐘，自然冷卻至室溫， 脫模。
[0021] 實施例3
[0022] 首先，將納米碳纖維分散到無水乙醇中，超聲分散50分鐘；其次，依次加入聚酰亞 胺、碳纖維和石墨，超聲分散處理，過濾烘干，然后機(jī)械攪拌混合15分鐘；所述的原料的組 成和體積分?jǐn)?shù)為聚酰亞胺75 %、碳纖維10 %、石墨10 %、納米碳纖維5 %;最后，將混好的料 放入模具中熱壓成型，模壓溫度為360°C，壓力30MPa，保溫保壓60分鐘，自然冷卻至室溫， 脫模。
[0023] 實施例4
[0024] 首先，將納米碳纖維分散到無水乙醇中，超聲分散50分鐘；其次，依次加入聚酰亞 胺、碳纖維和石墨，超聲分散處理，過濾烘干，然后機(jī)械攪拌混合15分鐘；所述的原料的組 成和體積分?jǐn)?shù)為聚酰亞胺80%、碳纖維15%、石墨5%、納米碳纖維5% ;最后，將混好的料 放入模具中熱壓成型，模壓溫度為375°C，壓力25MPa，保溫保壓40分鐘，自然冷卻至室溫， 脫模。
[0025] 表1四個實施例所得聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的性能指標(biāo)
[0026]
[0027] 所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不 背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換 或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將納米碳纖維分散于無水乙醇中，依次加入聚酰亞胺、碳纖維和石墨，所述聚酰亞 胺、碳纖維、石墨、納米碳纖維的體積分?jǐn)?shù)分別為65~80%、10~20%、5~15%、3~9%， 分散均勻后過濾、烘干、攪拌，得混合料； (2) 將所述混合料依次進(jìn)行熱壓成型、保溫、冷卻、脫模。2. 如權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述聚 酰亞胺為單醚酐型，所述聚酰亞胺由4, 4' -氧撐雙鄰苯二甲酸酐和4, 4' -二氨基二苯醚聚 合而成。3. 如權(quán)利要求1或2所述的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述 聚酰亞胺的粒徑為< 75ym，所述碳纖維平均直徑為7ym，長度為25~60ym，所述石墨的 粒徑為40~500ym，所述納米碳纖維平均直徑為150nm，長度為10-20ym。4. 如權(quán)利要求3所述的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱 壓成型的溫度為350~375°C，所述熱壓成型的壓力為25~35MPa，所述保溫時間為40~ 60min〇5. 如權(quán)利要求1~4中任意一項所述的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料的制備方法得 到的聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料的邵氏硬度多85度、壓縮 強(qiáng)度彡150MPa、吸水率彡0. 09wt. %、大氣下摩擦系數(shù)0. 2~0. 25、大氣下的體積磨損率 彡7Xl(T6mm3/Nm、水潤滑下摩擦系數(shù)0. 09-0. 15、水潤滑下體積磨損率彡8Xl(T7mm3/Nm。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料及其制備方法，采用多元功能性填料協(xié)同復(fù)合改性，在聚酰亞胺中引入高強(qiáng)的碳纖維以提高其機(jī)械強(qiáng)度和抗磨性，引入固體潤滑相石墨改善其減摩性，與此同時，引入少量高強(qiáng)度的納米碳纖維來保護(hù)碳纖維和聚酰亞胺基體，進(jìn)一步降低其摩擦系數(shù)和磨損率，獲得高性能聚酰亞胺基自潤滑復(fù)合材料，滿足機(jī)械、交通等工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω吣湍櫥牧系男枨蟆?br>【IPC分類】C08K3/04, C08K7/06, B29C43/58, C08L79/08
【公開號】CN104927354
【申請?zhí)枴緾N201510331193
【發(fā)明人】陳貝貝, 楊進(jìn), 張慶, 李長生
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月15日