專利名稱：自潤滑納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種自潤滑納米復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
填料增強(qiáng)高分子復(fù)合材料在許多行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，解決了許多重大技術(shù)難題。而納米材料以其獨(dú)特的性質(zhì)在金屬、陶瓷材料領(lǐng)域有了較多的研究和應(yīng)用，而在高分子聚合物領(lǐng)域的發(fā)展尚屬起步；目前國內(nèi)外報道的聚合物基納米復(fù)合材料主要是以聚合物固體和無機(jī)納米的直接共混法為多，納米粒子在聚合物基體中難以達(dá)到理想的均勻分散，影響納米粒子和聚合物基體的界面粘結(jié)。為此，中國專利CN1258690A報導(dǎo)了聚酰亞胺/粘土納米復(fù)合膜的制備方法，可得到具有超低膨脹系數(shù)的薄膜；中國專利CN1227234A報導(dǎo)了在聚合物顆粒的懸浮體系中原位生成納米二氧化鋯制備聚合物納米復(fù)合材料的方法，此法可改善現(xiàn)有聚合物復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能；但這兩個專利都未涉及到有關(guān)納米氮化硅、納米二氧化硅、碳納米管在可熔性聚酰亞胺的預(yù)聚體中加入進(jìn)行復(fù)合的改性研究和應(yīng)用報道，而且此法可有效改善納米粒子在聚合物基體中的分散，從而有效增強(qiáng)納米復(fù)合材料的性能。該類納米復(fù)合材料作為耐高溫自潤滑材料，從結(jié)構(gòu)組成上考慮其摩擦學(xué)特性，也尚未見到文獻(xiàn)和專利報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自潤滑納米復(fù)合材料及其制備方法。
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)一種自潤滑納米復(fù)合材料，其特征在于材料的重量份數(shù)由可熔性聚酰亞胺100份、無機(jī)納米1-25份、偶聯(lián)劑0.1-2份和碳纖維5-30份組成；聚酰亞胺基體的分子結(jié)構(gòu)式如式(I)。 無機(jī)納米選用納米氮化硅、納米二氧化硅、碳納米管中的一種、兩種或三種。
本發(fā)明的偶聯(lián)劑選用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
納米氮化硅、納米二氧化硅微粒的直徑小于80nm，碳納米管管徑小于100nm。
本發(fā)明所用碳纖維長為40-100μm。
本發(fā)明以可熔性聚酰亞胺作為聚合物基體，均勻分散的無機(jī)納米微粒用以改善基體材料的摩擦磨損性能；碳纖維作為改性劑可提高復(fù)合材料的物理機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能。
自潤滑納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟A.將無機(jī)納米1-25份、偶聯(lián)劑0.1-2份和有機(jī)溶劑100-300份混合均勻，加入到100份的可熔性聚酰亞胺的預(yù)聚體聚酰胺酸中，通氮?dú)?、干燥、攪拌，然后加入碳纖維5-30份，再進(jìn)行攪拌；B.采用加熱或加入吡啶、醋酐或叔胺作為沉淀劑的方法將復(fù)合材料沉淀出來，干燥，得到聚酰亞胺納米復(fù)合材料粉末；C.復(fù)合材料裝入模具中，加壓至3-20Mpa，升溫至300-360℃，保溫10-60分鐘，加壓至10-80Mpa，保壓條件下冷卻，脫模。
本發(fā)明所用的有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、間甲酚中的一種或幾種。
本發(fā)明復(fù)合材料的主要性能指標(biāo)如下1.外觀無明顯缺陷2.密度＜2.4g/cm33.抗彎強(qiáng)度＞130Mpa4.顯微硬度(HV)45～605.摩擦系數(shù)＜0.25(GB3960-83)6.抗磨性能＜1.8×10-6mm3/(N.m)(GB3960-83)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下實質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的復(fù)合材料中無機(jī)納米微粒得到均勻分散，改性劑的加入，在改善可熔性聚酰亞胺摩擦磨損性能的同時，不降低材料的機(jī)械強(qiáng)度；可用作大PV值干摩擦條件下的自潤滑運(yùn)動部件，同時由于復(fù)合材料的抗輻射、耐熱性好，可用于航空航天領(lǐng)域的某些部件上。此材料可廣泛應(yīng)用在航空航天、機(jī)械化工、家電微機(jī)等領(lǐng)域的運(yùn)動部件上。
具體實施例方式
實施例1將聚酰胺酸10g，納米納米氮化硅0.5g、納米二氧化硅0.2g、碳納米管0.1g中加入0.1g偶聯(lián)劑以及溶劑N-甲基吡咯烷酮，超聲波處理15分鐘分散均勻后，加入聚酰胺酸體系中，通氮?dú)?、干燥、機(jī)械攪拌7小時，加入碳纖維1.2g，再充分?jǐn)嚢?小時。用加熱法快速沉淀出復(fù)合材料，在真空烘箱中于245℃處理3小時，將干燥后的復(fù)合材料裝入模具中，加壓至15Mpa，然后以6℃/min的升溫速度升至340℃，恒溫25分鐘，加壓至40Mpa，保壓條件下冷卻，脫模。
實施例2將聚酰胺酸9g，納米納米氮化硅0.6g、納米二氧化硅0.2g、碳納米管0.2g中加入0.2g偶聯(lián)劑以及溶劑N-甲基吡咯烷酮，超聲波處理20分鐘分散均勻后，加入聚酰胺酸體系中，通氮?dú)?、干燥、機(jī)械攪拌8.5小時，加入碳纖維2g，再充分?jǐn)嚢?小時。用吡啶、醋酐快速沉淀出復(fù)合材料，在真空烘箱中于240℃處理4小時，將干燥后的復(fù)合材料裝入模具中，加壓至20Mpa，然后以6℃/min的升溫速度升至330℃，恒溫40分鐘，加壓至50Mpa，保壓條件下冷卻，脫模。
實施例3將聚酰胺酸17.6g，納米氮化硅1g、碳納米管0.6g中加入0.15g偶聯(lián)劑以及溶劑N-甲基吡咯烷酮，超聲波處理18分鐘分散均勻后，加入聚酰胺酸體系中，通氮?dú)?、干燥、機(jī)械攪拌10小時，加入碳纖維2.7g，再充分?jǐn)嚢?小時。用吡啶、醋酐快速沉淀出復(fù)合材料，在真空烘箱中于250℃處理3小時，將干燥后的復(fù)合材料裝入模具中，加壓至20Mpa，然后以6℃/min的升溫速度升至350℃，恒溫20分鐘，加壓至60Mpa，保壓條件下冷卻，脫模。
實施例4將聚酰胺酸12.55g，納米氮化硅0.97g中加入0.1g偶聯(lián)劑以及溶劑N-甲基吡咯烷酮，超聲波處理10分鐘分散均勻后，加入聚酰胺酸體系中，通氮?dú)狻⒏稍?、機(jī)械攪拌7小時，加入碳纖維1.9g，再充分?jǐn)嚢?小時。用吡啶、醋酐快速沉淀出復(fù)合材料，在真空烘箱中于260℃處理2小時，將干燥后的復(fù)合材料裝入模具中，加壓至15Mpa，然后以6℃/min的升溫速度升至335℃，恒溫40分鐘，加壓至50Mpa，保壓條件下冷卻，脫模，加工制樣。
權(quán)利要求
1.一種自潤滑納米復(fù)合材料，其特征在于材料的重量份數(shù)由可熔性聚酰亞胺100份、無機(jī)納米1-25份、偶聯(lián)劑0.1-2份和碳纖維5-30份組成；聚酰亞胺基體的分子結(jié)構(gòu)式如式(I)。
2.如權(quán)利要求1所說的材料，其特征在于無機(jī)納米選用納米氮化硅、納米二氧化硅、碳納米管中的一種、兩種或三種。
3.如權(quán)利要求1所說的材料，其特征在于偶聯(lián)劑為γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
4.如權(quán)利要求1或2所說的材料，其特征在于納米氮化硅、納米二氧化硅微粒的直徑小于80nm，碳納米管管徑小于100nm。
5.如權(quán)利要求1所說的材料，其特征在于碳纖維長為40-100μm。
6.一種自潤滑納米復(fù)合材料的制備方法，該方法依次包括以下步驟A.將無機(jī)納米1-25份、偶聯(lián)劑0.1-2份和有機(jī)溶劑100-300份混合均勻，加入到100份的可熔性聚酰亞胺的預(yù)聚體聚酰胺酸中，通氮?dú)?、干燥、攪拌，然后加入碳纖維5-30份，再進(jìn)行攪拌；B.采用加熱或加入吡啶、醋酐或叔胺作為沉淀劑的方法將復(fù)合材料沉淀出來，干燥，得到聚酰亞胺納米復(fù)合材料粉末；C.復(fù)合材料裝入模具中，加壓至3-20Mpa，升溫至300-360℃，保溫10-60分鐘，加壓至10-80Mpa，保壓條件下冷卻，脫模。
7.如權(quán)利要求6所說的方法，其特征在于有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、間甲酚中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種自潤滑納米復(fù)合材料及其制備方法。材料的重量份數(shù)由可熔性聚酰亞胺100份、無機(jī)納米1－25份、偶聯(lián)劑0.1－2份和碳纖維5－30份組成。復(fù)合材料適用于真空、輻射、高溫等特殊環(huán)境，可在航空航天、機(jī)械化工、汽車家電等領(lǐng)域的自潤滑軸承、齒輪等部件上使用。
文檔編號C08L79/08GK1414037SQ02150180
公開日2003年4月30日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者閻逢元, 蔡輝, 劉維民, 薛群基 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所