一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：步驟1、制備碳纖維?二氧化硅雜化材料；步驟2、制備聚酰亞胺前驅(qū)體溶液；步驟3、聚酰亞胺前驅(qū)體溶液與碳纖維—二氧化硅雜化材料復(fù)合，制備相應(yīng)復(fù)合材料。本發(fā)明的制備方法新穎，首次通過構(gòu)筑微納米雜化材料增強體來改善聚合物的摩擦學(xué)性能。該制備工藝操作簡單、成本低廉，且將該復(fù)合材料具有高的柔韌性、突出的耐磨性以及低的摩擦系數(shù)，是一種優(yōu)異的聚合物基自潤滑復(fù)合材料。
【專利說明】
-種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種聚合物基自潤滑復(fù)合材料，具體地說，本發(fā)明設(shè)及一種減摩耐磨 聚合物基復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦磨損是發(fā)生在材料相對運動接觸表面的一種非常普遍的現(xiàn)象。航空航天、汽 車、輪船、機械制造等工業(yè)飛速發(fā)展對高性能潤滑材料提出了更多的需求和更高的品質(zhì)要 求。因此，高強、高耐磨潤滑材料的研制成為了摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。
[0003] 聚酷亞胺(PI)具有突出的熱穩(wěn)定性、良好的抗沖擊、抗福射和耐溶劑性能，W及高 溫、高低壓和高速等極端環(huán)境下保持良好的性能，在摩擦學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。但是，純PI 因較低的抗拉、抗壓強度，不適宜單獨作為摩擦材料使用，因此，必須對其改性。目前，科研 工作者嘗試引入各種填料來改善聚酷亞胺的摩擦學(xué)性能的方法已有很多報道，一般采用引 入微米纖維，如:碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、陶瓷W及金屬纖維和納米顆粒，如納米二 氧化娃、納米二氧化鐵、納米=氧化二侶、碳納米管等。但是單一的微米纖維對聚酷亞胺減 摩性的改善效果略顯不足，而納米顆粒的難分散問題使其對復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的改善程 度有限。為此采用微米、納米填料協(xié)同復(fù)合改性，實現(xiàn)復(fù)合材料性能增強的最大化。但至今 尚未有微納米雜化材料作為增強體來改善聚酷亞胺摩擦學(xué)性能的研究報道。基于此，提出 一種新型的微納米雜化材料增強的聚酷亞胺自潤滑復(fù)合材料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，方法簡單易 行，成本低廉，減摩耐磨性良好。
[0005] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、制備碳纖維-二氧化娃雜化材料CF-Si〇2:向燒杯中依次加入無水乙醇、蒸 饋水、氨水和碳纖維(CF)，攬拌均勻，得到混合液A;在攬拌條件下，向混合液A中逐滴滴加正 娃酸乙醋(TEOS)，得到混合液B;將混合液B密封攬拌;反應(yīng)完成后，離屯、，用去離子水和乙醇 清洗產(chǎn)物，烘干，得到碳纖維-二氧化娃雜化材料CF-SiOs;
[000引步驟2、制備聚酷亞胺前驅(qū)體溶液:在冰水浴中，且在攬拌條件下，先將溶質(zhì)4，4 ' - 二氨基二苯酸加入到溶劑二甲基乙酷胺中，再加入均苯四甲酸酢，得到混合液C，對混合液C 繼續(xù)在攬拌下反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，在(TC W下保存待用；
[0009] 步驟3、制備聚酷亞胺前驅(qū)體溶液：向聚酷亞胺前驅(qū)體溶液中加入步驟1得到的碳 纖維-二氧化娃雜化材料，分散均勻，得到混合液D;將混合液D采用流延法在玻璃上流動成 膜;然后在烘箱中60°C保溫，保溫完成后，自60~200°C進行梯度升溫；最后自然冷卻至室 溫，得到減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料。
[0010] 步驟1中，制備混合液A時，所使用的無水乙醇、蒸饋水、氨水和碳纖維的用量比為 75mL：3mL：82mL：5g〇
[0011]步驟I中，制備混合液削寸，所使用的正娃酸乙醋與混合液A中所使用的蒸饋水的體 積比為7:3。
[0012] 步驟1中，所使用的氨水的質(zhì)量分數(shù)為25%~28%。
[0013] 步驟2中，制備混合液別寸，所使用的溶質(zhì)4,4'-二氨基二苯酸、均苯四甲酸酢與二 甲基乙酷胺的用量比為0. 〇25mol:0.025mol: 70mL。
[0014] 步驟2中，加入均苯四甲酸酢的方法為:在攬拌條件下分=次加入均苯四甲酸酢， 每兩次之間間隔15~20min。
[0015] 步驟3中，制備混合液D時，所使用的碳纖維-二氧化娃雜化材料與步驟2制備的聚 酷亞胺前驅(qū)體溶液的質(zhì)量比為0.028~0.1:6。
[0016] 步驟3中，所述自60~200°C進行梯度升溫的方式為，自60°C依次升溫至80°C、100 1：、1201：、1601：、180°(：、200°(：，且在801：、1001：、1201：、1601：、180°(：、200°(：任意一個溫度 下均保持0.化。
[0017]步驟1中，對混合液B密封攬拌的時間為地，所述的烘干溫度為80°C ;步驟帥，對混 合液C繼續(xù)攬拌反應(yīng)的時間為化;步驟3中，所述的在60°C保溫時間為化。
[001引有益效果：
[0019] 本發(fā)明的制備方法新穎，首次通過構(gòu)筑微納米雜化材料增強體來改善聚合物的摩 擦學(xué)性能。該制備工藝操作簡單、成本低廉，且將該復(fù)合材料具有高的柔初性、突出的耐磨 性W及低的摩擦系數(shù)，是一種優(yōu)異的聚合物基自潤滑復(fù)合材料。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物的掃描電鏡形貌圖；
[0021 ]圖2為本發(fā)明實施例2產(chǎn)物的掃描電鏡形貌圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述：
[0023] 實施例1
[0024] (1)向燒杯中依次加入75mL乙醇，3mL蒸饋水，28mL氨水，磁力攬拌化，攬拌至均勻， 其中氨水的質(zhì)量分數(shù)為25%~28%。
[0025] (2)向（1)中逐滴滴加正娃酸乙醋(TE0S)2.5mL，滴加過程中保證磁力攬拌。滴加完 畢后，封住杯口繼續(xù)攬拌12h，封住燒杯口是為防止易揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)。
[0026] (3)反應(yīng)完成后，離屯、，去離子水清洗=次，乙醇清洗=次，在80°C的烘箱中干燥得 到納米二氧化娃(Si〇2)。
[0027] 圖1是所制備的納米Si化的掃描電鏡形貌圖，從圖中可看出Si化呈現(xiàn)球狀結(jié)構(gòu)。
[0028] 實施例2
[0029] (1)向燒杯中依次加入75mL無水乙醇，3mL蒸饋水，82mL氨水，5g碳纖維(CF)，磁力 攬拌至均勻，其中氨水的質(zhì)量分數(shù)為25%~28%。
[0030] (2)向（1)中逐滴滴加正娃酸乙醋(TE0S)7mL，滴加過程中保證磁力攬拌。滴加完畢 后，封住杯口繼續(xù)攬拌地，封住燒杯口是為防止易揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)。
[0031] (3)反應(yīng)完成后，離屯、，去離子水清洗=次，乙醇清洗=次，在80°C的烘箱中干燥得 到碳纖維-二氧化娃雜化材料CF-SiOs。
[0032] 圖2是所制備的CF-SiOs雜化材料的掃描電鏡形貌圖，從圖中可看出在碳纖維表面 原位合成了納米Si化，且二氧化娃顆粒均勻覆蓋碳纖維表面。
[0033] 實施例3
[0034] (1)稱取均苯四甲酸酢(PMDA)、4,4'-二氨基二苯酸(ODA)，先將ODA加入二甲基乙 酷胺溶劑（DMAC)中，在攬拌下使其完全溶解。PMDA、ODA和DMAC溶劑立者的用量比為 0.025mol: 0.025mol: 70血。其次，在攬拌下分S次加入均苯四甲酸酢(PMDA)，每兩次之間間 隔15~20min，均苯四甲酸酢加入后，由于反應(yīng)放熱，溫度迅速上升至20°C左右，所W整個過 程在冰水浴中進行，保證反應(yīng)溫度保持在4°C左右，如此在常壓下繼續(xù)攬拌，反應(yīng)化，最后得 到淡黃色透色溶液，為聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，在(TC W下保存待用。
[0035] (2)操作A:取6.Og聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，采用流延法在玻璃上流動成膜，之后放入 烘箱，在60 °C保溫6小時，之后自60°C梯度升溫分別至80 °C、100 °C、120 °C、160 °C、180°C、200 °C，且每個溫度下保溫0.5小時。自然冷卻至室溫，得到A材料。
[0036] 實施例4
[0037] (1)稱取均苯四甲酸酢(PMDA)、4,4'-二氨基二苯酸(ODA)，先將ODA加入二甲基乙 酷胺溶劑（DMAC)中，在攬拌下使其完全溶解。PMDA、ODA和DMAC溶劑立者的用量比為 0.025mol: 0.025mol: 70血。其次，在攬拌下分S次加入均苯四甲酸酢(PMDA)，每兩次之間間 隔15~20min，均苯四甲酸酢加入后，由于反應(yīng)放熱，溫度迅速上升至20°C左右，所W整個過 程在冰水浴中進行，保證反應(yīng)溫度保持在4°C左右，如此在常壓下繼續(xù)攬拌，反應(yīng)化，最后得 到淡黃色透色溶液，為聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，在(TC W下保存待用。
[003引（2)操作B:取6.Og聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，稱取0.05g CF加入到聚酷亞胺前驅(qū)體溶 液中，使CF分散均勻，采用流延法在玻璃上流動成膜，之后放入烘箱，在60°C保溫6小時，之 后自60 °C梯度升溫分別至80 °C、100 °C、120 °C、160 °C、180 °C、200 °C，且每個溫度下保溫0.5 小時。自然冷卻至室溫，得到時才料。
[0039] 實施例5
[0040] (1)稱取均苯四甲酸酢(PMDA)、4,4'-二氨基二苯酸(ODA)，先將ODA加入二甲基乙 酷胺溶劑（DMAC)中，在攬拌下使其完全溶解。PMDA、ODA和DMAC溶劑立者的用量比為 0.025mol: 0.025mol: 70血。其次，在攬拌下分S次加入均苯四甲酸酢(PMDA)，每兩次之間間 隔15~20min，均苯四甲酸酢加入后，由于反應(yīng)放熱，溫度迅速上升至20°C左右，所W整個過 程在冰水浴中進行，保證反應(yīng)溫度保持在4°C左右，如此在常壓下繼續(xù)攬拌，反應(yīng)化，最后得 到淡黃色透色溶液，為聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，在(TC W下保存待用。
[0041 ] (2)操作C:取6. Og聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，稱取0.09g CF-Si化雜化材料加入到聚酷 亞胺前驅(qū)體溶液中，使CF-SiOs雜化材料分散均勻；操作D:取6. Og聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，稱 取0.028g CF-Si〇2雜化材料加入到聚酷亞胺前驅(qū)體溶液中，使CF-Si〇2雜化材料分散均勻； 操作E:取6. Og聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，稱取0.05g CF-Si化雜化材料加入到聚酷亞胺前驅(qū)體 溶液中，使CF-Si〇2雜化材料分散均勻；操作F:取6. Og聚酷亞胺前驅(qū)體溶液，稱取0 . Ig CF- Si化雜化材料加入到聚酷亞胺前驅(qū)體溶液中，使CF-Si〇2雜化材料分散均勻。將操作C~F得 到的混合液均采用流延法在玻璃上流動成膜，之后放入烘箱，在60°C保溫6小時，之后自60 °c梯度升溫分別至80°C、IOO°C、120°C、160°C、180°C、200°C，且每個溫度下保溫0.5小時。自 然冷卻至室溫，得到四種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料C、D、E和F。
[0042] 表1是實施例3,4和5中所制備的A、B、C、D、E和F六種材料的摩擦系數(shù)和磨損率，從 表中可W看出材料E的摩擦系數(shù)和磨損率最低，即材料E具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。
[0043] 表 1 [00441
【主權(quán)項】
1. 一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、制備碳纖維-二氧化硅雜化材料：向燒杯中依次加入無水乙醇、蒸餾水、氨水和 碳纖維，攪拌均勻，得到混合液A;在攪拌條件下，向混合液A中逐滴滴加正硅酸乙酯，得到混 合液B;將混合液B密封攪拌;反應(yīng)完成后，離心，用去離子水和乙醇清洗產(chǎn)物，烘干，得到碳 纖維-二氧化硅雜化材料； 步驟2、制備聚酰亞胺前驅(qū)體溶液:在冰水浴中，且在攪拌條件下，先將溶質(zhì)4，4 二氨 基二苯醚加入到溶劑二甲基乙酰胺中，再加入均苯四甲酸酐，得到混合液C，對混合液C繼續(xù) 在攪拌下反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到聚酰亞胺前驅(qū)體溶液，在〇 °C以下保存待用； 步驟3、制備聚酰亞胺前驅(qū)體溶液：向聚酰亞胺前驅(qū)體溶液中加入步驟1得到的碳纖維-二氧化硅雜化材料，分散均勻，得到混合液D;將混合液D采用流延法在玻璃上流動成膜;然 后在烘箱中60 °C保溫，保溫完成后，自60~200°C進行梯度升溫;最后自然冷卻至室溫，得到 減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟1中，制備混合液A時，所使用的無水乙醇、蒸餾水、氨水和碳纖維的用量比為7 5mL: 3mL: 82mL：5g〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟1中，制備混合液B時，所使用的正硅酸乙酯與混合液A中所使用的蒸餾水的體積比為7:3。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟1中，所使用的氨水的質(zhì)量分數(shù)為25%~28%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟2中，制備混合液C時，所使用的溶質(zhì)4,4'_二氨基二苯醚、均苯四甲酸酐與二甲基乙酰胺 的用量比為〇 · 〇25mol:0 · 025mol: 70mL。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟2中，加入均苯四甲酸酐的方法為:在攪拌條件下分三次加入均苯四甲酸酐，每兩次之間 間隔15~20min。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟3中，制備混合液D時，所使用的碳纖維-二氧化硅雜化材料與步驟2制備的聚酰亞胺前驅(qū) 體溶液的質(zhì)量比為〇. 028~0.1:6。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟3中，所述自60~200°C進行梯度升溫的方式為，自60 °C依次升溫至80 °C、100°C、120 °C、 160 °C、180 °C、200 °C，且在80 °C、100 °C、120 °C、160 °C、180 °C、200 °C 任意一個溫度下均保持 0.5h〇9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減摩耐磨聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟1中，對混合液B密封攪拌的時間為4h，所述的烘干溫度為80°C ;步驟2中，對混合液C繼續(xù) 攪拌反應(yīng)的時間為8h;步驟3中，所述的在60 °C保溫時間為6h。
【文檔編號】C08G73/10GK105924965SQ201610320075
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】陳貝貝, 李曉芳, 楊進, 彭維祥, 李長生
【申請人】江蘇大學(xué)