[发明专利]一种黑磷改性的聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，提供了一种黑磷改性的聚酰亚胺复合材料及其制备方法，以及所述黑磷改性的聚酰亚胺复合材料作为摩擦材料的应用。本发明所述黑磷改性的聚酰亚胺复合材料，包含如下质量份数的组分：聚酰亚胺50～80份；聚四氟乙烯5～15份；碳纤维5～20份；石墨5～15份；聚苯酯5～10份；黑磷0.5～2份。由实施例结果可知，本发明所得黑磷改性的聚酰亚胺复合材料硬度(邵氏D):≥85，磨损量:≤0.001g/h，弹性模量:≥9.5GPa，玻璃化转变温度:≥260℃，性能优异。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种黑磷改性的聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

超声电机是一种新型摩擦驱动的电机，与传统的电磁电机的工作原理不同，超声电机经过两次能量转化，利用压电陶瓷的逆压电效应和定、转子间的摩擦作用，实现转子的旋转或者直线运动，输出功率，驱动负载。

超声电机是一项集超声学、振动学、材料学、摩擦学、电子学和控制科学为一体的多学科交叉的技术。超声电机制造技术是随着以上学科的发展而发展的，是随着各种新结构、新原理的出现而逐渐完善的，具有大力矩低转速、不需减速机构、能量密度大、可达电磁电机的3～10倍、响应速度快、仅ms量级、定位精度高、无电磁干扰、因靠摩擦驱动，具有自锁功能。比传统电机更适合在严苛的工作环境下工作。因此，在超声电机在太空探索、武器装备、精密定位等领域有非常广阔的应用前景。

摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行传动、制动、减速、转向等作用的部件材料。作为利用摩擦来驱动的超声电机，毫无疑问摩擦材料是其关键部件，将直接决定超声电机的工作性能。正是由于电机通过摩擦进行驱动的形式，摩擦材料作为定、转子之间的驱动中介，其磨损是无法避免。摩擦材料作为磨损件，由于磨损的不可控性，使得超声电机的性能不稳定，极大缩小了电机的应用领域。因此，摩擦材料成为超声电机的瓶颈，其研究对超声电机的发展有着重要的推动作用。

现有超声电机摩擦材料为了增加材料抗磨损特性，通常添加具有良好承载能力的碳纤维和性能优异的纳米二氧化硅等。因为碳纤维轴向强度和模量高、密度低、无蠕变、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好、导热性能好，纳米二氧化硅可全面改善树脂基材料的强度和延伸率，提高材料耐磨性和抗老化能力。但是纳米颗粒在基体中容易发生团聚，分散不均匀导致复合材料性能下降。碳纤维表面活性低，与基体结合性差，因此在摩擦过程中，纤维容易从基体中剥离，成为三体磨粒，加剧磨损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黑磷改性的聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的黑磷改性的聚酰亚胺复合材料具有优异的摩擦性能，能够作为摩擦材料使用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种黑磷改性的聚酰亚胺复合材料，包含如下质量份数的组分：

优选的，所述聚酰亚胺粒径为25～35μm。

优选的，所述聚四氟乙烯的粒径为50～100μm。

优选的，所述碳纤维的直径为4～7μm，平均长度为20～50μm。

优选的，所述石墨为鳞片石墨，所述石墨的粒径为30～50μm。

优选的，所述聚苯酯的粒径为35～50μm。

本发明提供了所述黑磷改性的聚酰亚胺复合材料的制备方法，包含如下步骤：

(a)将聚酰亚胺、聚四氟乙烯、碳纤维、石墨、聚苯酯和黑磷在无水乙醇中混合，得到混合料；

(b)将所得混合料中的无水乙醇除去，得到干混料；

(c)将所得干混料进行加压烧结，得到黑磷改性的聚酰亚胺复合材料。