[发明专利]一种聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。本发明通过在热固性聚酰亚胺材料中加入传统增强纤维(碳纤维和芳纶纤维)的同时，添加不同种类的固体润滑剂纳米颗粒(聚四氟乙烯、六方氮化硼和氧化石墨烯接枝的氮化碳)提高了聚合物材料的机械强度和承载能力，不同种类的固体润滑剂纳米颗粒在不同温度摩擦过程中释放到摩擦界面，使摩擦副之间易于剪切从而降低摩擦力，并在界面上发生摩擦化学反应，促进形成承载能力与钝化性良好的转移膜，转移膜的生成能够显著降低复合材料的磨损速度，同时对金属对偶起到保护作用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料及其制备方法。

背景技术

复杂多变的空间环境给人类进一步探索宇宙的奥秘带来了巨大的挑战，例如高低温、强辐照、高真空、高应力等。其中，高低温交变(例如月球的昼夜表面温度变化为-180～150℃)环境下的材料性能退化对航天任务的成败起着至关重要的影响。而众多运动部件的润滑性能，在航天器运行过程中往往起着“四两拨千斤”的作用。

聚酰亚胺(PI)作为一种高性能聚合物被众多领域所青睐，尤其是航空航天领域。主要原因归结于其优异的耐高低温性能，突出的机械性能以及独特的自润滑性能。由于纯PI无法满足极端条件下高润滑性、低磨损或无磨损以及较高的机械强度的需求，因此设计适宜不同工况的聚酰亚胺自润滑复合材料迫在眉睫。受到运行轨道、姿态、方位、结构形态以及表面性质的影响，航天器在太空运行过程中处于温度交变的环境。在这种极端条件下要求润滑材料免维护且长期在宽温域(-200～200℃)下保持良好的润滑效果。而宽温域的自润滑复合材料设计主要考虑两方面因素：1)不同的固体润滑剂对温度的敏感性各不相同；2)保证高润滑、低磨损以延长寿命的同时提高润滑材料的机械高强度。迄今为止，尚无关于适宜宽温域条件下的聚酰亚胺自润滑复合材料设计与制备的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料及其制备方法。本发明提供的聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料具有宽温域的润滑以及耐磨特性，同时兼具高强度和寿命长的性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料，包括以下质量分数的组分：

热固性聚酰亚胺低聚物52～96.5％、芳纶纤维1～18％、聚四氟乙烯1～10％、六方氮化硼1～15％、碳纤维1～18％和氧化石墨烯接枝的氮化碳0.5～12.5％，所述各组分的质量分数之和为100％，

所述热固性聚酰亚胺低聚物由包括以下的原料制备得到：二胺单体、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、4-苯乙炔基苯酐和甲苯，所述二胺单体包括4,4’-二氨基二苯醚和/或3,4’-二氨基二苯醚；

所述氧化石墨烯接枝的石墨相氮化碳由氧化石墨烯和氮化碳制得。

优选地，所述热固性聚酰亚胺低聚物的分子量为1000～5000g/mol。

优选地，所述氮化碳与氧化石墨烯的质量比为1:1～10:1。

优选地，所述氧化石墨烯的层数为5～20。

优选地，所述石墨相氮化碳的粒径为1～2μm。

优选地，所述芳纶纤维的直径为10～30μm，长度为70～150μm。

优选地，所述六方氮化硼的粒径为50～200nm。

本发明还提供了上述技术方案所述聚酰亚胺多元纳米自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

在保护气氛下，将二胺单体、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、4-苯乙炔基苯酐和有机非质子溶剂混合，得到聚酰胺酸溶液；