[发明专利]一种类石墨型氮化碳/聚酰亚胺复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能聚合物复合材料及其制备方法，具体地说为一种由类石墨型氮化碳填充的聚酰亚胺复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。

背景技术

聚酰亚胺（PI）是一类主链上含酰亚胺基团的有机高分子，具有突出的热稳定性、良好的机械性能、尺寸和氧化稳定性、耐化学药品性和耐辐照性能，可广泛用于航空航天、电气电子、机车、汽车、精密机械、食品工业、医疗器械和自动办公机械等领域；另外，在高温、高低压和高速等苛刻环境下具有优异的摩擦磨损性能，是一类很有潜力应用于摩擦学领域的基体材料；但单一组分的聚酰亚胺也存在着成本高以及高温力学性能低等诸多欠缺，性能还有待于提高；另外，因其较低的抗拉、抗压强度，不适宜单独作为摩擦材料使用，为此，以聚酰亚胺为基体进行复合的材料有了一些技术文件的公开，如与玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、石墨等填料复合，制备了聚酰亚胺复合材料，希望能降低成本，改善性能。但是其结果不是增加了加工难度，就是损失了很多力学性能。

因此，在实际使用中需要对聚酰亚胺复合改性以提高聚酰亚胺的摩擦学、机械、热学等综合性能，尽管传统的纤维增强以及纳米颗粒复合等改性方式，可以对树脂基复合摩擦材料的减摩、耐磨等摩擦学性能以及机械、热学等性能的某一方面实现不同程度的改善，但作为摩擦学材料，这些改性方式还存在如摩擦系数偏高、耐磨性提高不够显著、力学热学等相关性能难以优化匹配以及工艺复杂难控、成型性能差等问题，再加上填充材料本身的高价格，都使复合材料的成本上升，阻碍了这些树脂基复合材料的应用。

近年来，纳米尺度的填料用于填充复合材料已成为国内外热点研究领域之一，纳米填料用于填充热塑性树脂基体，可以提高其刚度、硬度及尺寸稳定性，并且可以提高材料的耐磨性；C₃N₄是一种碳氮化合物，具有与金刚石相媲美的硬度，被认为是未来新一代的超硬材料，氮化碳材料除了具有潜在的优异力学性能，还具有优良的韧性、低的摩擦系数和优良的耐磨特性，可能成为新一代的超硬耐磨涂层材料，它有五种可能存在的结构即α相、β相、立方相、准立方相和类石墨型。类石墨型氮化碳g-C₃N₄密度最低，能量也最低，是碳氮化合物中的最稳定相，针对g-C₃N₄的研究越来越受到研究者的关注，而将类石墨型氮化碳填充到聚合物基体中以提高基体性能的研究还未见报道。

鉴于此，开发和提供一种制备工艺简单、性能优良的类石墨型氮化碳/聚酰亚胺复合材料非常必要，本发明专利将增韧剂和制备得到的g-C₃N₄粉末表面处理后加入到聚酰亚胺基体中，可明显增强g-C₃N₄与PI的结合力，制备得到的材料具有一般复合材料所不具有的优异性能，是一种全新的高技术新材料，具有良好的商业开发和应用前景，g-C₃N₄为聚酰亚胺的增强改性提供了一条全新的途径，目前尚未有相关技术公开报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种类石墨型氮化碳/聚酰亚胺复合材料及其制备方法，具有工艺简单，低成本高效率的特点，能很好的改善类石墨型氮化碳和聚酰亚胺基体的界面结合力，提高聚酰亚胺材料的摩擦学性能，将会在航天航空、电气、微电子和汽车等行业得到广泛的应用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种类石墨型氮化碳/聚酰亚胺复合材料，其特征在于：复合材料的组分按照质量百分含量计算为：

聚合物基体聚酰亚胺PI                        60%~95wt%；

增韧剂                                       0%~10wt%；

表面改性剂处理过的类石墨型氮化碳g-C₃N₄          5%~30wt%。

本发明提供优选的方案：一种类石墨型氮化碳/聚酰亚胺复合材料，复合材料的组分按照质量百分含量计算为：

聚合物基体聚酰亚胺PI                        80%~95wt%；

增韧剂                                       0%~5wt%；

表面改性剂处理过的类石墨型氮化碳g-C₃N₄          5%~15wt%。