[發明專利]一種類石墨型氮化碳/聚酰亞胺復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410093737.2
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104017364A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 朱琳;胡超偉;邵劍;沈湘黔
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08L27/18;C08L27/16;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/28;B29C43/58
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種高性能聚合物復合材料及其制備方法，具體地說為一種由類石墨型氮化碳填充的聚酰亞胺復合材料及其制備方法，屬于高分子復合材料技術領域。

背景技術

聚酰亞胺（PI）是一類主鏈上含酰亞胺基團的有機高分子，具有突出的熱穩定性、良好的機械性能、尺寸和氧化穩定性、耐化學藥品性和耐輻照性能，可廣泛用于航空航天、電氣電子、機車、汽車、精密機械、食品工業、醫療器械和自動辦公機械等領域；另外，在高溫、高低壓和高速等苛刻環境下具有優異的摩擦磨損性能，是一類很有潛力應用于摩擦學領域的基體材料；但單一組分的聚酰亞胺也存在著成本高以及高溫力學性能低等諸多欠缺，性能還有待于提高；另外，因其較低的抗拉、抗壓強度，不適宜單獨作為摩擦材料使用，為此，以聚酰亞胺為基體進行復合的材料有了一些技術文件的公開，如與玻璃纖維、碳纖維、碳納米管、石墨等填料復合，制備了聚酰亞胺復合材料，希望能降低成本，改善性能。但是其結果不是增加了加工難度，就是損失了很多力學性能。

因此，在實際使用中需要對聚酰亞胺復合改性以提高聚酰亞胺的摩擦學、機械、熱學等綜合性能，盡管傳統的纖維增強以及納米顆粒復合等改性方式，可以對樹脂基復合摩擦材料的減摩、耐磨等摩擦學性能以及機械、熱學等性能的某一方面實現不同程度的改善，但作為摩擦學材料，這些改性方式還存在如摩擦系數偏高、耐磨性提高不夠顯著、力學熱學等相關性能難以優化匹配以及工藝復雜難控、成型性能差等問題，再加上填充材料本身的高價格，都使復合材料的成本上升，阻礙了這些樹脂基復合材料的應用。

近年來，納米尺度的填料用于填充復合材料已成為國內外熱點研究領域之一，納米填料用于填充熱塑性樹脂基體，可以提高其剛度、硬度及尺寸穩定性，并且可以提高材料的耐磨性；C₃N₄是一種碳氮化合物，具有與金剛石相媲美的硬度，被認為是未來新一代的超硬材料，氮化碳材料除了具有潛在的優異力學性能，還具有優良的韌性、低的摩擦系數和優良的耐磨特性，可能成為新一代的超硬耐磨涂層材料，它有五種可能存在的結構即α相、β相、立方相、準立方相和類石墨型。類石墨型氮化碳g-C₃N₄密度最低，能量也最低，是碳氮化合物中的最穩定相，針對g-C₃N₄的研究越來越受到研究者的關注，而將類石墨型氮化碳填充到聚合物基體中以提高基體性能的研究還未見報道。

鑒于此，開發和提供一種制備工藝簡單、性能優良的類石墨型氮化碳/聚酰亞胺復合材料非常必要，本發明專利將增韌劑和制備得到的g-C₃N₄粉末表面處理后加入到聚酰亞胺基體中，可明顯增強g-C₃N₄與PI的結合力，制備得到的材料具有一般復合材料所不具有的優異性能，是一種全新的高技術新材料，具有良好的商業開發和應用前景，g-C₃N₄為聚酰亞胺的增強改性提供了一條全新的途徑，目前尚未有相關技術公開報道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種類石墨型氮化碳/聚酰亞胺復合材料及其制備方法，具有工藝簡單，低成本高效率的特點，能很好的改善類石墨型氮化碳和聚酰亞胺基體的界面結合力，提高聚酰亞胺材料的摩擦學性能，將會在航天航空、電氣、微電子和汽車等行業得到廣泛的應用。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種類石墨型氮化碳/聚酰亞胺復合材料，其特征在于：復合材料的組分按照質量百分含量計算為：

聚合物基體聚酰亞胺PI????????????????????????60%~95wt%；

增韌劑???????????????????????????????????????0%~10wt%；

表面改性劑處理過的類石墨型氮化碳g-C₃N_4??????????5%~30wt%。

本發明提供優選的方案：一種類石墨型氮化碳/聚酰亞胺復合材料，復合材料的組分按照質量百分含量計算為：

聚合物基體聚酰亞胺PI????????????????????????80%~95wt%；

增韌劑???????????????????????????????????????0%~5wt%；

表面改性劑處理過的類石墨型氮化碳g-C₃N_4??????????5%~15wt%。