低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料及其制备方法，该发明专利技术在低速重载工况条件下(载荷93.1MPa，速度1.26cm/s)的摩擦系数≤0.06、磨损率为≤1.4×10

【技术实现步骤摘要】
低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料及制备方法
本专利技术属于特种工程塑料
，具体涉及一种低摩擦系数、低磨损率且使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料及其制备方法。
技术介绍
摩擦磨损引起的能源消耗和材料损失是导致日益严重的环境问题和机械故障的主要原因之一，也是机械运动部件失效的主要因素。而解决上述问题的关键是尽量减少机械运动过程中的摩擦磨损，这样不仅可以减少对环境的影响，还可以降低经济成本，延长设备的使用寿命。以航空航天为代表的军工高
，由于结构空间有限、减重、高机动性、免维护等特殊要求，在关键部位的运动副均采用自润滑复合材料；在汽车、工程机械等民用工程领域，基于节能环保、清洁生产等需求，也对无油润滑、免维护、摩擦磨损性能优异的自润滑复合材料提出使用需求。自润滑复合材料的性能直接影响到运动副的工作性能、安全性、可靠性和服役寿命。高分子聚合物基复合材料具有质轻、比强度高、绝缘性好、耐腐蚀性好、成型方便等优异性能，成为在各领域广泛应用的自润滑运动副的自润滑材料的首选。聚酰亚胺(polyimide，简称：PI)是20世纪50年代发展起来的耐热性较好的一类高分子材料，具有较好的耐热、耐辐射性能和力学性能，被誉为“塑料之王”，在高温、高压等苛刻环境下具有较好的减摩耐磨性能，在航空、航天、电气、机械等领域应用广泛。纯聚酰亚胺的自润滑性能相对较差，尤其是在超重载、超高速等航空航天极端工况下难以满足要求，对纯聚酰亚胺通过添加耐磨及增强剂、减摩剂等填料进行填充改性，可以有效降低摩擦、极大提升材料的摩擦磨损性能，延长其使用寿命。对于航空、航天、海洋、武器装备等
在极端工况环境中服役的自润滑运动副零部件，低摩擦系数的耐磨长寿命聚酰亚胺自润滑复合材料具有广阔的应用前景。目前国内的聚酰亚胺复合材料存在的主要问题是减摩耐磨性能差、使用寿命短。中国专利(CN111303628A)以均苯四甲酸二酐为主要单体的聚酰亚胺模塑粉，结合已商品化的聚酰亚胺制备聚酰亚胺自润滑复合材料，同时引入石墨固体润滑剂来保证复合材料具有良好的自润滑性能，并且添加二氧化硅和二氧化锆纳米颗粒来满足复合材料的高承载及强冲击韧性要求，但是该专利技术的摩擦学实验表明该复合材料的摩擦系数为0.26±0.02，磨损率为4.47±0.40×10-6mm3/Nm，均远大于本专利技术所提供的复合材料。中国专利(CN109897376B)将聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼及石墨烯分散在乙醇中，将混合料依次进行抽滤、干燥和粉碎，并将粉料热压成型得到聚酰亚胺复合材料。该专利技术所提供的复合材料摩擦系数≤0.15，磨痕宽度≤3.0mm(GB/T3960，M-2000试验机测试标准，200N，0.43m/s)；摩擦系数≤0.06，磨痕宽度≤4.5mm(GB/T3960，M-2000试验机测试标准，1000N，0.43m/s)。与本专利技术提供的聚酰亚胺自润滑复合材料相比摩擦系数相当，但并未提供长时条件下复合材料的摩擦学性能。中国专利(CN110423466A)在聚酰亚胺反应体系中原位引入多壁碳纳米管得到复合材料。该复合材料摩擦系数为0.051，磨损率为0.85×10-6mm3/Nm(测试条件：大气环境，摩擦实验持续1h，载荷10N，速度20mm/s)。与本专利技术提供的复合材料相比摩擦系数及磨损率相当，但使用寿命远小于本专利技术所提供的复合材料。中国专利(CN108484909A)将氟氧化石墨烯加入聚酰亚胺制备得到复合材料。该复合材料的摩擦系数为0.25～0.36，磨损率为1×10-6mm3/Nm～3×10-6mm3/Nm(测试条件：9Cr18钢球，直径6mm，往复距离4mm，载荷12N，频率20Hz，时间20分钟)。与本专利技术所提供的复合材料相比摩擦系数及磨损率均较大，且使用寿命远小于本专利技术所提供的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料。本专利技术的目的还在于同时提供一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料，所述复合材料由如下重量配比的组分组成：聚酰亚胺粉末40～50份，耐磨及增强剂10～20份，减摩剂30～40份，所述聚酰亚胺粉末为商品级YS-20热固性聚酰亚胺模塑粉末；所述减摩剂为聚四氟乙烯粉末；所述耐磨及增强剂为玻璃纤维、碳纤维及聚醚醚酮粉末中的一种或多种的混合物。所述聚四氟乙烯粉末的粒径为75～180微米。所述玻璃纤维直径为10～15微米，纤维长度为90～110微米；碳纤维的粒径为40～60微米；聚醚醚酮粉末的粒径为45～55微米。一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)称取适量的各组分原材料，干燥后分别运用破碎机和研磨机对各组分进行破碎研磨；(2)将各组分放入高速搅拌机中在18000r/min转速条件下，搅拌5～10分钟混合均匀，得到混合料；(3)将混合料加入到经过氮化硼脱模剂处理的热压模具中，在真空热模压炉中加载13MPa压力，保持7分钟后卸载，1分钟后继续加载压力至26MP，保持7分钟后卸载；(4)将静压完成的混合料加热至180±10℃，保温30分钟，期间依次加载13MPa压力保持3分钟、加载26MPa压力保持3分钟、加载40MPa压力保持24分钟，保温结束后取出复合材料；(5)将复合材料加热至380±10℃后保温4小时，冷却至室温后取出。所述氮化硼脱模剂为JD-3028氮化硼离型喷剂。本专利技术的有益效果是：该专利技术在低速重载工况条件下(载荷93.1MPa，速度1.26cm/s)的摩擦系数≤0.06、磨损率为≤1.4×10-7mm3/Nm；在高速重载工况条件下(载荷116MPa，速度32cm/s)的摩擦系数≤0.08、磨损率≤8.5×10-7mm3/Nm。与单一相聚酰亚胺相比其摩擦系数明显降低、耐磨性能显著提高。具有适用工况范围广、摩擦系数低、耐磨性能好、使用寿命长等优点，可大幅度提升自润滑复合材料的减摩耐磨性能及使用寿命，且保持低摩擦系数时长≥80h，同时具备制备工艺简单、原料成本低等优点，具有良好的市场应用前景，可适用于航空、汽车、机械等应用领域。附图说明图1聚酰亚胺分子式；图2(a)测试条件1磨损率对比图；图2(b)测试条件2磨损率对比图；图3(a)测试条件1实施例2磨损形貌；图3(b)测试条件1对比实例磨损形貌；图4(a)测试条件2实施例2磨损形貌；图4(b)测试条件2对比实例磨损形貌；图5实施例2聚酰亚胺自润滑复合材料在条件1测试时的摩擦系数曲线。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术所提供的低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料及其制备方法进行详细说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料由如下重量配比的组分组成：聚酰亚胺粉末40～50份，耐磨及增强剂10～20份，减摩剂30～40份，所述聚酰亚胺粉末为商品级YS-20热固性聚酰亚胺模塑粉末；所述减摩剂为聚四氟乙烯粉末；所述耐磨及增强剂为玻璃纤维、碳纤维及聚醚醚酮粉末中的一种或多种的混合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料由如下重量配比的组分组成：聚酰亚胺粉末40～50份，耐磨及增强剂10～20份，减摩剂30～40份，所述聚酰亚胺粉末为商品级YS-20热固性聚酰亚胺模塑粉末；所述减摩剂为聚四氟乙烯粉末；所述耐磨及增强剂为玻璃纤维、碳纤维及聚醚醚酮粉末中的一种或多种的混合物。


2.根据权利要求1所述的低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料，其特征在于：所述聚四氟乙烯粉末的粒径为75～180微米。


3.根据权利要求1所述的低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润滑复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维直径为10～15微米，纤维长度为90～110微米；碳纤维的粒径为40～60微米；聚醚醚酮粉末的粒径为45～55微米。


4.一种根据权利要求1～3所述的低摩擦系数、低磨损率、使用寿命长的聚酰亚胺自润...

【专利技术属性】
技术研发人员：范兵利，齐效文，刘长鑫，杨潇，耿嘉，齐子越，孙安男，姚卫刚，梁磊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13