[发明专利]用于高温磨耗应用的聚酰亚胺树脂

说明书

本专利申请根据35 U.S.C.§119(e)要求对于2010年10月27日提交的美国临时申请61/255,147的优先权和权益，所述临时申请以引用方式全文并入本文来作为其一部分以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及用于高温磨耗应用如飞机发动机零件的充填型聚酰亚胺树脂组合物。

发明背景

聚酰亚胺组合物在应力和高温下的独特性能使得它们可用于需要高耐磨性尤其是在高压和高速条件下的应用中。此类应用的一些实例是飞机发动机零件、飞机磨损垫、自动传递轴瓦和密封环、拉幅机框垫和衬套、材料加工设备零件、以及泵轴瓦和密封。

通常，如上所述应用中的聚酰亚胺组件旨在用作保护性或消耗性组件，从而防止或降低如果更加昂贵的配合或邻接组件与某些其它组件配合所经历的磨耗或损伤。然而，当聚酰亚胺组件磨耗时，所造成的增大的间隙可导致其它不利影响，如(气压或流体)渗漏增加或噪音增加，从而降低其中包含聚酰亚胺组件的整个体系的操作效率。使所述体系恢复其原有操作效率将需要用新的未使用过的聚酰亚胺组件替换已磨耗的聚酰亚胺组件。替换可能需要拆卸、重新组装、测试和重新校正(“检修”)体系，致使修理时间和劳力方面的花费可观。因此，人们期望表现出较低磨耗率的聚酰亚胺组件以降低替换和检修的频率，从而降低成本。

作为封端的结果，在热氧化稳定性(“TOS”)上的改善已存在于包含柔性连接基的聚酰亚胺中[参见例如Meador等人的Macromolecules，37(2004)，1289-1296]。然而，实际上已发现，在某些刚性芳族聚酰亚胺组合物中，封端会降低TOS。尽管以前已获得各种各样的聚酰亚胺组合物和填料，并且尽管本领域以前所做的工作，对于作为模塑部件的聚酰亚胺组合物依然需要在较高温度下表现出期望的高度耐磨性以及当前对于诸如飞机发动机零件应用所需要的增加的压力速度负载的同时保持聚酰亚胺材料其它有利属性。

发明概述

在一个实施方案中，本发明提供了组合物，包括下列的混合物(a)约40重量份数或更多但是约92重量份数或更少的刚性聚酰亚胺，所述聚酰亚胺被由下式(IV)的结构表示的邻苯二甲酸酐或邻苯二甲酸酐衍生物封端：

其中R⁴、R⁵、R⁶和R⁷各自独立地为H、Br、Cl、F、烷基、烷氧基或氟代烷基；(b)约8重量份数或更多但是约60重量份数或更少的石墨；和(c)约0.5重量份数或更多但是约10.0重量份数或更少的碳丝。

在另一个实施方案中，本发明提供了组合物，包含(a)约40重量份数或更多但是约92重量份数或更少的芳族聚酰亚胺，其中所述聚酰亚胺被邻苯二甲酸酐或邻苯二甲酸酐衍生物封端，(b)约8重量份数或更多但是约60重量份数或更少的石墨和(c)约0.5重量份数或更多但是约10重量份数或更少的碳丝；其中重量份数(a)、(b)和(c)合在一起总数至100重量份数。

在某个其它实施方案中，所述碳丝可具有一种或多种下列特性：约70nm至约400nm的平均直径，约5μm至约100μm的平均长度和至少约50的长宽比。

还提供了由上述组合物制得的制品。

附图简述

本发明的各种特征和/或实施方案示出于如下所述的附图中。这些特征和/或实施方案仅是代表性的，并且选择将这些特征和/或实施方案包括在附图中不应被认为附图中未包括的主题不适用于实施本发明，或附图中未包括的主题被排除在所附权利要求和它们的等同内容的范围之外。

如本领域已知，图1为显示最上面作为锥形管的六方形石墨烯层和在下面的约16个此类管堆叠的电脑图形。

如本领域已知，图2为八个锥形管堆叠的局部剖面示意图。

图3为如图2中碳膜在堆叠的外表面之上的三个区域的示意图。

如本领域已知，图4显示了同心多壁碳纳米管截面的示意图。

如本领域已知，图5显示了螺旋覆盖的多壁碳纳米管截面的示意图。

如本领域已知，图6为生产碳丝类型催化剂阶段的示意图。

图7为显示碳丝和铁颗粒的混合物CF-CN的透射电子显微镜图像。

图8为显示具有堆叠式灯罩构型，有时具有多壁轴向碳层外层的碳丝和具有缺陷位点的明显弯曲的碳丝的混合物CF-CN的透射电子显微镜图像。