一種織構(gòu)化聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的仿生制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚合物基復(fù)合材料的仿生表面制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異 摩擦學(xué)表現(xiàn)的織構(gòu)化聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合薄膜及仿生制備方法，該方法有望應(yīng)用于機(jī) 械摩擦磨損、醫(yī)學(xué)、生物等重要領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚醚醚酮（PEEK)是一種全芳香族半結(jié)晶熱塑性聚合物，作為高性能復(fù)合材料的基 體，具有優(yōu)異的機(jī)械性能及耐熱和耐化學(xué)性能，在工程中得到廣泛應(yīng)用，因此成為倍受歡迎 的耐磨減摩材料；然而，由于其合成工藝較為復(fù)雜，成本較高，尤其是摩擦因數(shù)偏大，從而限 制了它的應(yīng)用，因此需要對(duì)聚醚醚酮進(jìn)行改性以提高其摩擦學(xué)性能；聚酰亞胺通常是指在 分子主鏈上含有酰亞胺基團(tuán)的一類特殊的聚合物材料，作為高性能復(fù)合材料的基體，其結(jié) 構(gòu)主鏈中通常含有五元雜環(huán)單元，使其表現(xiàn)出非常特殊的性能，在耐高溫、耐低溫、抗輻射、 阻燃、自潤(rùn)滑和微電子等高新技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，使之成為當(dāng)今最熱門的高性能工 程塑料之一；聚酰亞胺具有出眾的滑動(dòng)特性，其作為自潤(rùn)滑耐磨材料應(yīng)用于航空航天、汽車 工業(yè)、電子電氣和醫(yī)療器械等領(lǐng)域；鑒于此，利用聚酰亞胺與聚醚醚酮兩者協(xié)同作用來共同 改善復(fù)合薄膜的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外的研究者利用碳纖維、玻璃纖維、氧化石墨烯，碳納米管，二硫化鑰和 聚四氟乙烯等填料進(jìn)行共混、填充等來增強(qiáng)改性聚酰亞胺或聚醚醚酮，但是仍然難以滿足 高精度、高載荷、耐熱、耐腐蝕和耐磨損的要求；表面織構(gòu)，即在表面加工制備出具有一定 尺寸和排列的凹坑、凹痕、凸包或微小溝槽等圖案陣列；織構(gòu)化中的仿生微結(jié)構(gòu)是高性能摩 擦副潤(rùn)滑表面研究的重要內(nèi)容；織構(gòu)化可以改變表面形貌，進(jìn)而影響到摩擦副表面的接觸 狀態(tài)和潤(rùn)滑狀態(tài)；因此織構(gòu)化后的表面形貌可顯著改善摩擦副表面的摩擦磨損性能，延長(zhǎng) 其使用壽命，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境有著重要的意義；伴隨著表面織構(gòu)化日益成為研究的熱 點(diǎn)，制備織構(gòu)化表面的技術(shù)和方法也日益增加，主要包括：化學(xué)刻蝕，溶膠-凝膠法，電化學(xué) 反應(yīng)和電化學(xué)沉積和自組裝法及其他一些方法；但這些方法存在成本高、工藝復(fù)雜、儀器昂 貴等缺點(diǎn)；目前，自然界中各種功能獨(dú)特的植物葉片表面為仿生摩擦學(xué)提供了豐富的構(gòu)形 資源；探索將生物直接用于仿生功能表面制造，最直接的方式是對(duì)生物表面進(jìn)行復(fù)制，最 大程度的逼真或逼近于生物原型，這樣可以解決現(xiàn)有傳統(tǒng)制造手段面臨的瓶頸問題，進(jìn)一 步拓展仿生制備科學(xué)的范疇；目前，將仿生表面制備技術(shù)與聚酰亞胺及聚醚醚酮兩種高性 能聚合物協(xié)同作用相結(jié)合的研究還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明從提高材料的摩擦學(xué)性能的角度出發(fā)，利用植物葉片所具有的的微/納結(jié) 構(gòu)，通過聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合材料成膜液仿生復(fù)制植物葉片表面，制備出了一種具有 優(yōu)異摩擦學(xué)表現(xiàn)的織構(gòu)化聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合薄膜材料；由這種仿生織構(gòu)化方法所 獲得的聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合薄膜材料具備優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，有望應(yīng)用于機(jī)械摩擦磨 損、醫(yī)學(xué)、生物等重要領(lǐng)域。
[0005] 本發(fā)明提供一種織構(gòu)化聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的仿生制備方法，具體步驟 如下： (1)在一定溫度條件下，將一定比例的聚醚醚酮和聚酰亞胺粉體在有機(jī)溶劑中混合，機(jī) 械攪拌，得到聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合材料成膜液。
[0006] (2)將上述成膜液慢慢流延在固定有植物葉片的模具上，再將上述模具放入烘箱 中烘干處理，即獲得織構(gòu)化聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合薄膜。
[0007] 步驟（1)中所述的在一定溫度條件下是指在100°C _200°C之間的溫度條件下。
[0008] 步驟（1)中所述的一定比例是指聚醚醚酮與聚酰亞胺質(zhì)量比為1:9-9:1 ;優(yōu)選 1:9。
[0009] 步驟（1)中所述的有機(jī)溶劑是N，N'-二甲基甲酰胺、N，N'-二甲基乙酰胺、 N-甲基吡咯烷酮或二甲基亞砜。 步驟（1)中機(jī)械攪拌的時(shí)間為6-1 Oh。
[0010] 步驟（1)中所述的聚醚醚酮/聚酰亞胺復(fù)合材料成膜液的固含量為40-60%. 步驟（2)中所述的將上述成膜液慢慢流延在固定有植物葉片的模具上指：將植物葉片 置于玻璃板上，葉片的周圍用載玻片固定住，再將上述成膜液慢慢流延在固定有植物葉片 的玻璃板上，用金屬刮板刮涂均勻。
[0011] 步驟（2)中所述的植物葉片包括但不限于紋路清晰的竹葉、梧桐樹葉、荷葉、棕櫚 樹葉或芭蕉樹葉。
[0012] 本發(fā)明所述的自制模具的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
[0013] 步驟（2)中所述的烘干處理指在100°C _200°C的溫度下烘干4_8h。
[0014] 本發(fā)明制備的聚醚醚酮/聚酰亞胺織構(gòu)化復(fù)合薄膜材料，解決了其他制備方法中 成本高、工藝復(fù)雜、儀器昂貴等缺點(diǎn)，制備方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便；在聚醚醚酮/聚酰亞胺 復(fù)合薄膜材料表面實(shí)現(xiàn)織構(gòu)化，使其在機(jī)械摩擦磨損、醫(yī)學(xué)、生物等重要領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015] 圖1為自制模具的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為金屬刮板，2為玻璃板，3為載玻片。
[0016] 圖2為PEEK薄膜（a)，PEEK/PI薄膜（b)，竹葉表面的微納結(jié)構(gòu)（c)，復(fù)制竹葉表 面微納結(jié)構(gòu)的織構(gòu)化PEEK/PI=l:9(d)和PEEK/PI=9:l(e)薄膜材料.從圖中可以看出，未 織構(gòu)化PEEK和PEEK/PI薄膜表面很光滑，但是織構(gòu)化后表面成為非光滑表面，同時(shí)可以看 出竹葉表面的微納結(jié)構(gòu)被成功的復(fù)制在復(fù)合薄膜表面上。
[0017] 圖3為未織構(gòu)化PI、PEEK/PI薄膜和織構(gòu)化后的不同比例的PEEK/PI薄膜的摩擦 系數(shù)。從圖中可以看出，未織構(gòu)化PEEK/PI薄膜的摩擦系數(shù)是要低于未織構(gòu)化PI的摩擦系 數(shù)的，而織構(gòu)化后的PEEK/PI薄膜的摩擦系數(shù)明顯降低并且在PEEK/PI=1:9的比例是最低 的。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1 (1)在KKTC條件下，將聚醚醚酮和聚酰亞胺粉體按質(zhì)量比1:1的比例在N，K -二 甲基甲