一种耐摩自润滑复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及耐磨擦、润滑复合材料制备领域，公开了一种耐磨自润滑复合材料，该复合材料含有树脂基体、分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维，所述树脂基体含有聚四氟乙烯，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。还涉及一种上述耐摩自润滑复合材料的制备方法，该方法包括：(1)将聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维与聚四氟乙烯纤维混编；(2)将步骤(1)得到的材料依次进行热压成型和冷却。还涉及耐摩自润滑复合材料用于耐磨、润滑材料的应用。本发明专利技术的耐摩自润滑复合材料在紫外照射下仍然具有较大的强度，且耐磨性、韧性等均较优异。

【技术实现步骤摘要】
一种耐摩自润滑复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及耐磨擦、润滑复合材料制备领域，具体涉及一种耐摩自润滑复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
聚四氟乙烯(PTFE)是最早由美国杜邦公司开发并生产的一种高性能热塑性塑料，其独特的全碳、氟元素结构，赋予其优异的化学稳定性、耐老化性、耐高低温性、不粘性、阻燃性、电绝缘性和突出的润滑性，因此，其有“塑料王”的美誉。聚四氟乙烯具有极低的摩擦系数，约为0.04，是制备具有自润滑功能的齿轮、轴承、垫片等部件的重要材料之一。其中，纤维增强PTFE复合材料因为同时具有纤维材料的高强度和承载能力以及PTFE材料良好的耐磨润滑性能，在航空航天、机械重工等领域具有非常广泛的应用。在PTFE耐磨、自润滑复合材料的研究和生产过程中，目前应用较多的增强纤维有碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，可通过短纤与PTFE共混然后冷压烧结或热压成型，或者通过织物浸渍PTFE溶液然后通过后固化处理成型制备复合材料。短纤共混的方式由于失去了长纤维或织物的力学特性，导致复合材料的拉伸强度相对较弱，而织物浸渍的方式则需要脱除溶剂，在工业化生产过程中需要增加脱除溶剂和溶剂回收的过程，增加了工艺步骤的同时提高了生产成本。另外，专利文献CN106268022A公开了一种耐高温混纺滤料的生产工艺，其包括以下步骤：采用P84型聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维和芳纶纤维混纺，其中，P84型聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维和芳纶纤维分别占比为50％，20～45％和5～30％；采用DILO针刺生产线将上述三种纤维生产成布；依次经过烧毛轧光、拉幅定型、PTFE浸渍及热烘工序，最终得到滤料。因为采用的是P84型聚酰亚胺纤维，纤维强度和模量较低(强度约为0.7GPa，模量小于20GPa)，所以主要应用于高温滤料领域，尚不能满足耐摩润滑材料中对于材料拉伸强度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术制备的复合材料存在的强度低、制备工艺复杂、在紫外辐照和高低温变化以及高湿度环境下材料强度损失率高等问题，提供一种高性能的耐磨自润滑复合材料及其制备方法和应用，该耐磨自润滑复合材料具有良好的强度、耐磨性能和耐紫外辐照等性能特点。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种耐磨自润滑复合材料，该耐磨自润滑复合材料含有树脂基体、分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺(PI)纤维和聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维，所述树脂基体含有聚四氟乙烯，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。本专利技术第二方面提供了一种制备上述耐摩自润滑复合材料的方法，该方法包括：(1)将聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维与聚四氟乙烯纤维混编；(2)将步骤(1)得到的材料依次进行热压成型和冷却。本专利技术第三方面提供了上述耐磨自润滑复合材料用于耐磨、润滑材料的应用。本专利技术采用高强度耐高温的联苯型PI纤维和PBO纤维与PTFE纤维通过纤维混编的方式得到混编织物，然后利用PTFE材料的热塑性加工成型特点，在高温下加压成型得到PI纤维和PBO纤维作为增强体，PTFE材料作为基体的复合材料。PI纤维和PBO纤维的密度较低，所以采用其制备的复合材料较碳纤维和玻璃纤维得到的复合材料具有更低的密度，对于航空航天领域中的结构减重具有重要意义。PBO纤维具有极高的强度，但耐紫外性能略有不足，PI纤维具有良好的耐高低温、耐紫外辐照和低吸水率等性能特点，二者的有效结合能够避免因为增强纤维吸水率较高而导致的复合材料尺寸变形造成磨损率升高，改善因紫外辐照而引起的强度下降等问题。因此，本专利技术的耐磨自润滑复合材料在紫外照射下仍然具有较大的强度，且耐磨性、韧性等均较优异。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术一方面提供了一种耐磨自润滑复合材料，该耐摩自润滑复合材料含有树脂基体、分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维，所述树脂基体含有聚四氟乙烯，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。本专利技术中，为了方便描述，可以将聚酰亚胺纤维简称为PI纤维，聚对苯撑苯并二噁唑纤维简称为PBO纤维。根据本专利技术所述的耐磨自润滑复合材料，其中，PI纤维可以为本领域各种PI纤维，优选地，所述PI纤维的拉伸强度大于2GPa，更优选为大于3GPa。优选地，所述PI纤维的拉伸模量大于60GPa，更优选为大于100GPa。优选地，所述PI纤维的断裂伸长率大于2％，更优选大于3％，从而能够进一步提高制得的复合材料的韧性。优选地，所述PI纤维的5wt％热分解温度大于550℃，从而能够有效保证制得的复合材料的耐高温性能。优选地，所述PI纤维的单丝直径为5-20μm，更优选为15-20μm，从而能够进一步提高制得的复合材料的耐摩擦性能。优选地，所述PI纤维的密度为1.42-1.45g/cm3，从而能够降低制得的复合材料的密度。优选地，所述聚酰亚胺纤维的回潮率小于2％。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述PI纤维为分子链内含有醚键、硫醚键或酮键等柔性基团的高韧性PI纤维。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述PI纤维的拉伸强度高于3GPa；所述PI纤维的拉伸模量为高于100GPa；所述PI纤维的断裂伸长率大于3％；所述PI纤维的5wt％热分解温度大于550℃；所述PI纤维的单丝直径为15-20μm；所述PI纤维的密度为1.42-1.45g/cm3；所述PI纤维的回潮率小于2％，从而能够更进一步提高制得的复合材料的韧性、强度、耐高温性能和耐摩擦性能等。根据纤维化学结构和制备工艺的不同，PI纤维的力学性能表现也具有较大的差异。针对耐磨、润滑的应用领域，当PI纤维的性能在上述优选范围内时，有利于提高复合材料的耐磨承载能力，且PI纤维较高的热分解温度能够满足PTFE纤维热压形成连续相树脂的加工工艺要求。根据本专利技术所述的复合材料，高强联苯型PI纤维(拉伸强度大于2GPa)是近年来由我国率先开发出并实现工业化生产的高性能有机纤维，其具有高强度、高模量、耐高低温、耐紫外老化、低吸水率、低密度等优异的性能特点。更优选地，联苯型聚酰亚胺由第一芳香族二元酐、第二芳香族二元酐、第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺合成，所述第一芳香族二元酐不含醚键和硫醚键，所述第二芳香族二元酐的分子中含有醚键和硫醚键中的至少一种；所述第一芳香族二元胺不含醚键、硫醚键和酮键，所述第二芳香族二元胺的分子中含有醚键、硫醚键和酮键中的至少一种；因此，当合成所用的单体含有醚键、硫醚键或酮键时，能够通过向刚性的聚酰亚胺分子链中引入醚键、硫醚键、酮基等柔性基团来调节分子链的柔性，当纤维受外力作用时，分子链能够通过键角的调节和螺旋链的螺距的改变来实现应变的增长，从而赋予纤维较高的伸长率和柔韧性，进一步提高制得复合材料的韧性和耐摩擦性能。另外，采用分子链内含有醚键、硫醚键或酮键等柔性基团的高韧性PI纤维制备复合材料，能够很好地避免芳纶纤维因吸水率较高和紫外老化造成的强度下降和尺寸变形等问题。进一步优选地，以第一芳香族二元酐和第二芳香族二元酐的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐摩自润滑复合材料，其特征在于，该耐摩自润滑复合材料含有树脂基体、分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维，所述树脂基体含有聚四氟乙烯，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。

【技术特征摘要】
1.一种耐摩自润滑复合材料，其特征在于，该耐摩自润滑复合材料含有树脂基体、分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维，所述树脂基体含有聚四氟乙烯，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。2.根据权利要求1所述的耐摩自润滑复合材料，其中，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度大于2GPa，优选为大于3GPa；所述聚酰亚胺纤维的拉伸模量大于60GPa，优选为大于100GPa；所述聚酰亚胺纤维的断裂伸长率大于2％，优选大于3％；所述聚酰亚胺纤维的单丝直径为5-20μm，优选为15-20μm；所述聚酰亚胺纤维的密度为1.42-1.45g/cm3；所述聚酰亚胺纤维的5wt％热分解温度大于550℃；所述聚酰亚胺纤维的回潮率小于2％。3.根据权利要求1或2所述的耐摩自润滑复合材料，其中，联苯型聚酰亚胺由第一芳香族二元酐、第二芳香族二元酐、第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺合成，所述第一芳香族二元酐不含醚键和硫醚键，所述第二芳香族二元酐的分子中含有醚键和硫醚键中的至少一种；所述第一芳香族二元胺不含醚键、硫醚键和酮键，所述第二芳香族二元胺的分子中含有醚键、硫醚键和酮键中的至少一种，以第一芳香族二元酐和第二芳香族二元酐的总摩尔数为基准，所述第一芳香族二元酐的含量为70-90mol％，所述第二芳香族二元酐的含量为10-30mol％，以第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺的总摩尔数为基准，所述第一芳香族二元胺的含量为70-90mol％，所述第二芳香族二元胺的含量为10-30mol％；优选地，所述第一芳香族二元酐为3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐，所述第一芳香族二元胺为对苯二胺，所述第二芳香族二元酐为4,4’-对苯二氧双邻苯二甲酸酐和/或3,3’,4,4’-二苯硫醚四酸二酐，所述第二芳香族二元胺为4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯、4,4’-二氨基二苯硫醚、3,3’-二氨基二苯甲酮和1,4-亚苯基二[[4-(4-氨基苯氧基)苯基]甲酮]中的至少一种。4.根据权利要求1-3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：武德珍，田国峰，牛鸿庆，韩恩林，
申请(专利权)人：江苏先诺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32