CN105820568A - 一种耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，具体为将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛和硅酸铝，混合均匀后烘干、粉碎过筛，然后将获得的模料热压烧结成型，再自然冷却脱模，即获得所述复合材料；以本发明方法获得的聚酰亚胺复合材料具有耐高温及抗原子氧辐照性能，能够提高聚酰亚胺自润滑复合材料在特殊环境下的耐磨性。

Description

一种耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是一种耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法。
针对上述问题，本发明提供一种聚酰亚胺复合材料的制备方法，以克服现有聚酰亚胺复合材料在高温环境以及原子氧辐照环境中的过度磨损问题，本发明是这样实现的：
一种耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，其具体步骤如下：
A）将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛和硅酸铝，混合均匀后于120℃烘干、粉碎过200目筛获得模料；
其中，以体积百分数计，聚酰亚胺70～80%，玻璃纤维5～15%，氧化钛5～10%，硅酸铝5～10%；
B）将模料倒入模具中，热压烧结成型，模压温度360～380℃，压力10～20MPa，自然冷却脱模，即获得所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料。
优选的，本发明所述高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法中，聚酰亚胺粒径为75μm。
优选的，本发明所述高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法中，玻璃纤维直径为10μm，长度为20-50μm。
优选的，本发明所述高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法中，氧化钛的平均粒径为45μm。
优选的，本发明所述高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法中，硅酸铝粒径为6.5μm。
与现有材料相比，本发明中选用粒径为75μm的聚酰亚胺模压粉，性能稳定，适合无机颗粒填充和模压；玻璃纤维作为增强材料，力学性能良好、耐高温、抗辐照，具有优越的摩擦学性能；氧化钛具有较高的表面硬度、耐温性和良好的抗氧化性能；改性剂硅酸铝则具有良好的耐磨性、耐高温和抗辐照性能。
以本发明方法制备的聚酰亚胺复合材料耐温性良好、抗原子氧辐照性能突出；
在高温环境以及原子氧辐照环境下具有较低的磨损率，能够满足复杂环境下的耐磨性使用要求。
背景技术
聚酰亚胺是20世纪50年代发展起来的一种性能优异的高分子材料，具有优良的机械性能和摩擦学性能，被誉为“塑料之王”，尤其在高温、高载和高速等苛刻环境下具有优异的减摩抗磨特性,已在航空、航天、电器、机械、化工及微电子等高技术领域得到了广泛应用。聚酰亚胺的应用领域非常广泛，其制品主要以薄膜和模压件形式存在。
但是纯聚酰亚胺性能单一，很难满足复杂环境和苛刻条件下的使用要求。鉴于聚酰亚胺可设计性能强，可以通过纤维增强和无机氧化物填充赋予其特殊的性能。目前热塑性聚酰亚胺复合材料在耐温性和抗原子氧辐照方面还存在很大的提升空间，由于其质量轻，理化性能突出，可以作为空间飞行器运动部件润滑材料或者涂层保护材料。目前国内还没有聚合物复合材料能够完全满足耐高温和抗原子氧辐照的使用需求。因此，寻求耐温性和抗原子氧辐照聚酰亚胺自润滑复合材料显得尤为重要。
附图说明
图1为本发明各实施案例中聚酰亚胺复合材料的摩擦系数变化图；
图2为本发明各实施案例中聚酰亚胺复合材料的磨损率变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
下述实施例中选用的聚酰亚胺平均粒径为75μm，购自上海合成树脂研究所；
玻璃纤维的直径为10μm，长度范围为20～50μm，购自江苏南京玻璃纤维研究院；
氧化钛平均粒径为45μm，购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；
硅酸铝颗粒的平均粒径为6.5μm，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
实施例1
耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料各组分的体积百分比如下：聚酰亚胺70%、玻璃纤维15%、氧化钛5%、硅酸铝10%。
具体制备步骤：
1、先将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛、硅酸铝，充分混合均匀，然后于120℃进行烘干、粉碎以及过200目筛处理；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度375℃，压力10MPa，自然冷却脱模；获得所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料。
将制成的聚酰亚胺复合材料经原子氧辐照（原子氧通量密度6.0×1015AO/cm2·s）15分钟后在250℃环境中进行摩擦磨损性能测试。
本实施例所制备的聚酰亚胺复合材料参考标准ASTMG137-97进行球盘模式测试，25N、200r/min条件下用多功能摩擦磨损试验机HT-1000(中科凯华科技摩擦磨损试验机开发有限公司)与直径为5mm的氮化硅球配副滑动磨损2小时的平均摩擦系数为0.48，磨损率约为8.6×10-6mm3/Nm。
实施例2
耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料各组分的体积百分比如下：聚酰亚胺72%、玻璃纤维13%、氧化钛6%、硅酸铝9%。
具体制备步骤：
1、先将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛、硅酸铝，充分混合均匀，然后120℃进行烘干、粉碎以及过200目筛处理；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度360℃，压力13MPa，自然冷却脱模，即获得所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料。
将制成的聚酰亚胺复合材料经原子氧辐照15分钟后在250℃环境中进行摩擦磨损性能测试。采用与实施例1相同的检测方法，本实施例所制备的聚酰亚胺复合材料在25N、200r/min条件下与直径为5mm的氮化硅球配副的平均摩擦系数为0.48，磨损率约为7.1×10-6mm3/Nm。
实施例3
耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料各组分的体积百分比如下：聚酰亚胺75%、玻璃纤维10%、氧化钛7%、硅酸铝8%。
具体制备步骤：
1、先将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛、硅酸铝，充分混合均匀，然后进行烘干、粉碎以及过筛处理；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度360℃，压力10MPa，自然冷却脱模；
3、将制成的聚酰亚胺复合材料经原子氧辐照15分钟后在250℃环境中进行摩擦磨损性能测试。
本实施例所制备的聚酰亚胺复合材料在25N、200r/min条件下与直径为5mm的氮化硅球配副的平均摩擦系数为0.47，磨损率约为6.3×10-6mm3/Nm。
实施例4
耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料各组分的体积百分比如下：聚酰亚胺77%、玻璃纤维8%、氧化钛9%、硅酸铝6%。
具体制备步骤：
1、先将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛、硅酸铝，充分混合均匀，然后进行烘干、粉碎以及过筛处理；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度375℃，压力18MPa，自然冷却脱模；
3、将制成的聚酰亚胺复合材料经原子氧辐照15分钟后在250℃环境中进行摩擦磨损性能测试。
本实施例所制备的聚酰亚胺复合材料在25N、200r/min条件下与直径为5mm的氮化硅球配副的平均摩擦系数为0.47，磨损率约为5.4×10-6mm3/Nm。
实施例5
耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料各组分的体积百分比如下：聚酰亚胺80%、玻璃纤维5%、氧化钛10%、硅酸铝5%。
具体制备步骤：
1、先将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛、硅酸铝，充分混合均匀，然后进行烘干、粉碎以及过筛处理；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度380℃，压力10MPa，自然冷却脱模；
3、将制成的聚酰亚胺复合材料经原子氧辐照15分钟后在250℃环境中进行摩擦磨损性能测试。
本实施例所制备的聚酰亚胺复合材料在25N、200r/min条件下与直径为5mm的氮化硅球配副的平均摩擦系数为0.45，磨损率约为5.2×10-6mm3/Nm。
实施例1-5中所获得的耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料，其摩擦系数及磨损率变化示意图分别如图1、图2所示，图中标号1-5分别于实施例1-5对应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
A）将聚酰亚胺、玻璃纤维、氧化钛和硅酸铝，混合均匀后于120℃烘干、粉碎过200目筛获得模料；
其中，以体积百分数计，聚酰亚胺70～80%，玻璃纤维5～15%，氧化钛5～10%，硅酸铝5～10%；
B）将模料倒入模具中，热压烧结成型，模压温度360～380℃，压力10～20MPa，自然冷却脱模，即获得所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料。
2.根据权利要求1所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺粒径为75μm。
3.根据权利要求2所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维直径为10μm，长度为20-50μm。
4.根据权利要求3所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化钛的平均粒径为45μm。
5.根据权利要求4所述耐高温抗原子氧辐照聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅酸铝粒径为6.5μm。
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