專利名稱：納米TiO₂/聚酰亞胺復合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復合材料的制備方法，尤其涉及一種納米Ti02/聚酰亞胺復 合材料的制備方法，采用納米Ti02顆粒填充聚酰亞胺，以提高聚酰亞胺樹脂基 體的硬度，從而獲得比較高的界面結(jié)合力，進而獲得高性能的復合材料。
背景技術(shù)：
熱固性聚酰亞胺是耐高溫聚合物，在550'C能短期保持主要的物理性能，能 長期在接近33(TC下使用。在耐高溫的工程塑料中,它是最有價值的品種之一。 聚酰亞胺可耐極低溫，如在-269'C的液態(tài)氦中仍不會脆裂。聚酰亞胺還具有良好 的機械性能、尺寸和氧化穩(wěn)定性、耐化學藥品性和耐輻照性能，以及良好的韌 性和柔軟性，而且在高溫、高壓和高速等苛刻環(huán)境下具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。 聚酰亞胺在極高的真空下放氣量很少，為自熄性聚合物，發(fā)煙率低，無毒。聚 酰亞胺可廣泛用于航空航天、電氣電子、機車、汽車、精密機械、食品工業(yè)、 醫(yī)療器械和自動辦公機械等領(lǐng)域。
雖然，聚酰亞胺具有很好的理化性能，但也存在著成本高以及高溫力學性 能低等諸多欠缺，為此，人們通過加入石墨、聚四氟乙烯、玻璃纖維、碳纖維 等填料，制備了聚酰亞胺復合材料，希望能降低成本，改善性能。但是其結(jié)果 不是增加了加工難度，就是損失了很多力學性能。針對這一情況，需要對聚酰 亞胺進行有效的填充，提高其加工性能和力學性能。
顆粒狀的填充材料是復合材料領(lǐng)域常用的填充材料之一，近年來，納米尺 度的顆粒用于填充復合材料已成為國內(nèi)外熱點研究領(lǐng)域之一。納米顆粒用于填 充熱塑性樹脂基體，可以提高其剛度、硬度及尺寸穩(wěn)定性，并且可以提高材料 的耐磨性。
納米Ti02是一種附加值很高的功能精細無機材料，因其具備良好的耐熱性、 耐化學腐蝕性以及抗紫外線能力強、透明性優(yōu)異等特點，被廣泛應(yīng)用于工程塑料、汽車面漆、感光材料、光催化劑、化妝品、食品包裝材料、陶瓷添加劑、 氣體傳感器及電子材料等。相對于其它半導體半金屬材料的金屬氧化物，Ti02 中Ti-0鍵的極性較大，表面吸附的水因極化發(fā)生解離，容易形成羥基，從而Ti02 可以作為良好的表面改性劑。
有人研究用納米Ti02顆粒改性不飽和聚酯樹脂，在較小填充用量的條件下 就可以獲得很好的力學、摩擦學性能及光學性能。
公開號為CN1487020的中國發(fā)明專利公開了一種含有芳綸纖維/聚酰亞胺復 合材料及其制備方法，該方法制得的復合材料具有優(yōu)良的力學性能和摩擦學性 能，但其制作工藝中需采用Y-射線在氮氣環(huán)境下對填充劑——芳綸纖維進行輻
照，工藝比較復雜。同時，合成的復合材料固化后易開裂，在紫外光照射下易老化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種納米Ti02/聚酰亞胺復合 材料的制備方法，具有工藝簡單，低成本高效率的特點，所得到的復合材料產(chǎn) 品具有工藝性好，力學性能好，光照下性能穩(wěn)定，耐磨等優(yōu)點。
為實現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，先將原料聚酰亞胺、納米Ti02 和輔助材料按照一定比例進行機械共混，強力攪拌，再將混合粉料放入不銹鋼 模具中壓制成型，然后將壓制成型的坯料進行燒結(jié)，再通過機械加工，制成納 米Ti02/聚酰亞胺復合材料試樣或零件。
本發(fā)明的方法具體步驟為
先將原料聚酰亞胺、納米Ti02、輔助材料按照一定比例混合，然后進行機 械強力攪拌，攪拌均勻后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在 40 50MPa左右，時間為30 50分鐘，加壓和卸壓過程一定要緩慢進行。將上 述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中進行燒結(jié)，先按照5 1(TC/小時的 升溫速度緩慢升溫至300 330°C，然后再以3(TC/小時的速度升溫至360 380°C，保溫5 6小時，獲得納米Ti02/聚酰亞胺復合材料復合材料。
再通過機械加工，將納米Ti02/聚酰亞胺復合材料制成試樣或零件。
其中，復合材料的各原料成分的重量百分比如下-聚酰亞胺75% 95%， 納米Ti02: 4% 15%， 輔助材料1% 10%。
其中輔助材料包括二硫化鉬、 一些無機顏料等。
本發(fā)明工藝方法簡單，所制得的復合材料具有成本低，尺寸穩(wěn)定性好，自 潤滑性好，光照下性能穩(wěn)定，耐磨，壽命長等優(yōu)點，和普通的聚酰亞胺復合材 料相比，具有更好的力學性能和摩擦學性能。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述，但不構(gòu)成對本 發(fā)明的限定。 實施例1:
所用的原材料包括聚酰亞胺樹脂，聚酰亞胺樹脂粉末，中國科學院化學
研究所開發(fā)的PMR型KH—304熱固性聚酰亞胺；納米Ti02，平均尺度在20nm 以下，由舟山納米材料有限公司生產(chǎn)。
原材料各組分重量百分比如下-
聚酰亞胺95%
納米Ti02: 4%
輔助材料.-1% (0.5%的二硫化鉬+0.5%中鉻黃)
將上述原材料混合，進行強力機械攪拌，然后將混合粉料放入不銹鋼模具 中壓制成型，壓力控制在40MPa左右，時間為50分鐘，加壓和卸壓過程緩慢進 行，將上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進行燒結(jié)先按照5'C/ 小時的升溫速度緩慢升溫至33CTC左右，然后再以3CTC/小時的速度升溫至360°C 左右，保溫5小時，制得納米Ti02/聚酰亞胺復合材料。
將上述復合材料機械加工成20mmX10mmX10mm的復合材料試樣，在 M-2000摩擦磨損試驗機上測得
摩擦系數(shù)為0.24，比磨損率為36.2X 10—6mm3/N.m。 實施例2:
所用的原材料來源途徑同實施例1。原材料各組分重量百分比如下 聚酰亞胺85% 納米Ti02: 10%
輔助材料5% (3%的二硫化鉬+2%的中鉻黃)
將上述原材料混合，進行強力機械攪拌，然后將混合粉料放入不銹鋼模具
中壓制成型，壓力控制在50MPa左右，時間為30分鐘，加壓和卸壓過程緩慢進 行，將上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進行燒結(jié)先按照8tV 小時的升溫速度緩慢升溫至300'C左右，然后再以3(rC/小時的速度升溫至36(rC 左右，保溫6小時，制得納米Ti02/聚酰亞胺復合材料。
將上述復合材料機械加工成沖擊試驗樣品和摩擦試驗樣品。沖擊試驗在萬 能材料試驗機上進行，摩擦磨損試驗在M-2000摩擦磨損試驗機上進行，測試結(jié) 果
沖擊強度14.5 kJ/m2，摩擦系數(shù)2.7，比磨損率48.6X10-6mmVN.m。 實施例3:
采用的原料來源途徑同實施例1。
原材料的重量百分比如下 聚酰亞胺75% 納米Ti02: 15%
輔助材料10% (8%的二硫化鉬+2%的中鉻黃)
將上述原材料進行強力機械攪拌，然后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制
成型，壓力控制在45MPa左右，時間為40分鐘，加壓和卸壓過程緩慢進行，將 上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進行燒結(jié)先按照10'C/小時的 升溫速度緩慢升溫至32(TC左右，然后再以30。C/小時的速度升溫至38(TC左右， 保溫5小時，制得納米Ti02/聚酰亞胺復合材料。
將上述復合材料機械加工成復合材料試樣，在M-2000摩擦磨損試驗機上測
得
摩擦系數(shù)為2.6，比磨損率42.7X 10-6mm3/N.m。
權(quán)利要求
1、一種納米TiO2/聚酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于原料的組分及重量百分比為聚酰亞胺75～95％，納米TiO24～15％，輔助材料二硫化鉬及無機顏料1～10％；先將聚酰亞胺、納米TiO2和輔助材料混合，機械攪拌均勻成混合粉料，然后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在40～50MPa，時間為30～50分鐘，加壓和卸壓過程緩慢進行；將上述壓制成型的坯料取出，放入馬福爐中進行燒結(jié)，先按照5～10℃/小時的升溫速度升溫至300～330℃，然后再以30℃/小時的速度升溫至360～380℃，保溫5～6小時，制得納米TiO2/聚酰亞胺復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米TiO₂/聚酰亞胺復合材料的制備方法，其原料各組分的重量百分比為聚酰亞胺75～95％，納米TiO₂ 4～15％，包括二硫化鉬、無機顏料的輔助材料1～10％。具體制備方法如下將原料按比例混合，機械攪拌均勻，再將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，然后將壓制成型的坯料進行燒結(jié)，再通過機械加工，制成納米TiO₂/聚酰亞胺復合材料試樣或零件。本發(fā)明工藝簡單，所制得的復合材料和普通的聚酰亞胺復合材料相比，具有更好的力學性能和摩擦學性能。
文檔編號C08L79/00GK101597429SQ20091005432
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者永 亓, 楊倩倩, 程先華, 高萬茹 申請人:上海交通大學