[發明專利]一種高導熱聚酰亞胺摩擦材料及制備方法

在審

• 申請號: 202110571950.X
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113402881A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 汪國慶;曹鑫鑫;李興明;趙蓋;宋敬伏;丁慶軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K3/08;C08K3/04
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 馬苗苗

本發明公開了一種用于超聲電機的高導熱聚酰亞胺摩擦材料。其特征是所述的摩擦材料由以下重量份的原料制成：聚酰亞胺100，納米銅粉0.1～1，石墨烯0.5～2，多壁碳納米管0.5～1。其制備方法是：石墨烯，多壁碳納米管，納米銅粉在丙酮中超聲分散30min后，加入聚酰亞胺粉末，并用球磨機球磨4小時；然后在真空干燥箱中80℃下烘干，得到混合粉末；在10?20MPa下將混合粉末熱壓成型，375?390℃下保溫1?2小時，隨爐降溫，制得復合材料。本發明所述復合材料具有較高的導熱性，從而在高溫環境下具有較低的磨損率，制備方法簡單，操作方便，成本低，易于工業化宏量制備，該復合材料也容易加工成薄片在旋轉型超聲電機中使用，能夠提高超聲電機高溫環境的使用壽命。

技術領域

本發明屬于聚合物復合材料領域，具體涉及一種高導熱聚酰亞胺納米復合材料及制備方法。

背景技術

隨著超聲電機技術的不斷發展及應用范圍的擴大，對轉子摩擦材料性能的要求越來越高，尤其在真空、高溫、高載和高速等苛刻工況下，傳統的聚酰亞胺基復合材料由于機械強度低、硬度小、耐磨性差、使用壽命短等缺點，難以滿足航空航天等領域的迫切需求。因此，尋求一種高溫耐磨性能優異的先進摩擦材料成為超聲電機亟需解決的問題。

目前旋轉型超聲電機使用的摩擦材料主要存在兩大問題：最突出的問題是干摩擦條件下磨損比較嚴重，使用壽命短，無法滿足連續長壽命工作，在真空和高低溫等苛刻工況下使用壽命將更短，無法滿足航空航天等復雜環境的使用需求；其次是隨著電機運行過程中摩擦熱的積聚，磨損將更加嚴重，產生的磨屑以及預壓力的下降導致電機輸出穩定性下降。目前，國內還沒有摩擦材料能完全解決以上兩個問題。因此，尋求耐高溫、高導熱及超低磨損的摩擦材料是超聲電機亟需解決的難題。

本發明選用聚酰亞胺作為聚合物基體，因其是一種耐高溫、耐磨性和力學性能等綜合性能優異的高分子材料，但是純的聚酰亞胺在高頻微振動條件下磨損率較大，很難滿足超聲電機復雜工況的使用要求。所以對聚酰亞胺進行改性是提高其機械性能、熱力學性能和摩擦學性能最有效的方法。本發明利用先進的納米改性技術，在納米銅粉改性的基礎上，選用導熱性、力學性能和耐磨性能優異的石墨烯和多壁碳納米管改性，能夠大幅提高聚酰亞胺納米復合材料的機械強度、耐熱性、導熱性和耐磨性，從而能夠提高超聲電機的環境適應性和使用壽命。

其次，根據納米改性劑添加比例的不同，對其制備方法進行了優化，以期能夠制備適用于超聲電機使用的高性能摩擦材料。

發明內容

本發明的目的是針對現在所使用的超聲電機摩擦材料的問題，發明一種更適用于超聲電機的聚酰亞胺納米復合材料及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種高導熱聚酰亞胺復合材料，其特征在于它由聚酰亞胺、納米銅粉、石墨烯和多壁碳納米管組成：各組份的質量份為：聚酰亞胺100份，石墨烯0.5～2份，多壁碳納米管0.5～1份，納米銅粉0.1～1份。

優選地，所述的聚酰亞胺為微米級模壓粉，平均粒徑為75μm模壓粉，性能穩定，非常適合無機顆粒填充和熱壓成型。

優選地，石墨烯的尺寸為1-5μm，厚度為0.8-1.2nm，所述的石墨烯的表面活性官能團與聚酰亞胺分子存在著強烈的分子間作用力，能夠提高界面結合力，從而大大提高聚酰亞胺的耐磨性；石墨烯在丙酮中分散性良好，避免了團聚現象，提高了其在聚酰亞胺中的分散性。

優選地，所述的納米銅粉尺寸小于100nm，能夠在丙酮中與石墨烯、聚酰亞胺和多壁碳納米管良好分散，起到協同改性的作用。

優選地，所述的聚酰亞胺復合材料，其特征是所述的多壁碳納米管直徑為 8-15nm，長度為10-50μm，所述的多壁碳納米管具有良好的力學性能，是提高聚合物強度的理想增強材料。

本發明所述的聚酰亞胺摩擦材料的制備方法包括如下步驟：