[发明专利]一种含润滑剂的碳纳米管纳米微囊填充的高分子基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子基复合材料技术领域，公开了一种具有更高机械强度，且在摩擦时可以释放液体润滑剂的高分子基复合材料。所述高分子基复合材料由含油的碳纳米管微囊和高分子材料经固化后制得，其制备方法为：首先，将润滑剂填充到碳纳米管的空腔内得到内部负载润滑剂的纳米微囊，其中碳纳米管80～90份、润滑剂10～20份；其次，将纳米微囊添加到高分子材料中混合均匀，添加时纳米微囊1～10份、高分子材料99～10份；最后将混合物放入模具中进行冷压再放入烘箱进行固化即可得所述高分子基复合材料。与普通高分子材料相比，所述高分子基复合材料具有更高的力学强度，同时具有自润滑性能，所述高分子基复合材料可被用于轴承等零件。

技术领域

本发明属于高分子基复合材料技术领域，涉及一种具有更高机械强度，且在摩擦时可以释放液体润滑剂的高分子基复合材料。具体涉及一种可用于自润滑轴承、衬套等摩擦部件的高分基复合材料。

背景技术

高分子材料的摩擦系数低、热稳定性好，在机械、材料和航空等领域，其常被用来制造轴承、衬套等摩擦元件。但常见高分子的线膨胀系数大，耐蠕变性差，因此，常利用石墨、MoS2、碳纤维、玻璃纤维等对其进行改性，以满足使用要求。碳纳米管(CNTs)具有较高的强度，其拉伸强度可达到200GPa，是一种理想的高分子材料复合材料增强相。高硬度、纤维化的CNTs在固化过程中能够更紧密地缠绕在高分子材料晶系中，增强高分子材料材料的力学性能。高分子材料/CNTs复合材料的摩擦性能也优于纯高分子材料，这是因为摩擦过程中剥落的CNTs可作为第三体分布在摩擦界面上，隔离了摩擦副界面的粗糙接触，起到一定的自润滑作用。

CNTs具有特殊的空腔结构，空腔内径在5～50nm之间，在合适条件下，可以将其他物质引入CNTs的空腔中，以改善其导电性能、磁性能、摩擦性能等。发明人提出将各种润滑剂填充进CNTs的空腔内以制备纳米微囊，这种方法可在CNTs分子内部引入更多的润滑成分，更好的改善其润滑特性。将这种纳米微囊作为高分子材料的填充剂，高分子材料固化过程中CNTs可对其中的润滑剂形成保护，使得高分子材料内部含液态润滑剂。摩擦过程中，高分子材料内的纳米微囊可释放其中的润滑剂，进而有效改善高分子材料的润滑性能。纳米微囊还可以更好的分在在高分子材料中，增强CNTs与高分子材料材料的结合性能，进一步提高其力学性能。

发明内容

为了提高聚四氟乙烯(PTFE)的力学性能并改善其摩擦学性能，本发明提出利用内部空腔负载润滑剂硫化异丁烯(T321)的碳纳米管(CNTs@T321纳米微囊)作为PTFE的增强相，摩擦时纳米微囊还可释放出T321使PTFE具有更好的自润滑性能。本发明首先利用润滑剂硫化异丁烯(T321)制备CNTs@T321纳米微囊，再利用纳米微囊填充PTFE制备复合材料。对比普通CNTS，研究纳米微囊的填充对PTFE力学和摩擦学性能的影响，分析PTFE中的纳米微囊在摩擦过程中释放T321并形成自润滑层的机理，实现提高PTFE力学强度的同时进一步改善其自润滑性能。本发明的研究为这种新型PTFE复合材料运用于自润滑轴承时的配方选择、制备工艺等奠定基础。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种CNTs@T321纳米微囊，所述微囊由润滑剂填充到碳纳米管的空腔内得到内部负载润滑剂的纳米微囊。

在本发明的一些实施方案中，所述润滑剂为硫化异丁烯(T321)，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，进一步优选为经酸化预处理的多壁碳纳米管。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种CNTs@T321纳米微囊的制备方法，包括如下步骤：