CN109280168A - 聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法 - Google Patents

聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法。将ODA重结晶；将石墨烯与苝酐加入NMP，密封超声，制得石墨烯/苝酐溶液；将ODA、石墨烯/苝酐溶液、ODPA混合搅拌反应，制得粘稠的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液，超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，即制得聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料。本发明方法操作简单，易于大规模推广应用，且充分利用了石墨烯和聚酰亚胺在性能上的优势互补，使制得的聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料具有优异的拉伸模量、耐热性，并具有良好的摩擦性能，在航空航天等领域具有重要的应用前景。

Description

聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法。
背景技术
PI具有优异的热学稳定性、化学稳定性、电气绝缘性、高玻璃化转变温度、高机械强度和耐辐射等一系列优点。
材料的磨损一直以来都是世界上一个巨大的难题，被损耗的材料会影响工作效率和机器寿命，而且还会造成巨大的经济损失。如何能使原本不耐磨的材料变得润滑耐磨，同时不影响其工作效率，是人们都迫切希望的。实践证明，在众多的耐磨策略中，最简单、最有效、性价比最高的方法就是利用耐摩擦涂层覆盖材料表面。
聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，热稳定性极高；耐极低温，在－269℃的液态氦中不会脆裂；优良的机械性能，均苯型聚酰亚胺薄膜的抗张强度达170Mpa以上；化学性质稳定，许多品种的聚酰亚胺都不溶于有机溶剂;摩擦性能优良，在干摩擦下与金属对摩时，可以向对摩面转移，起自润滑作用，并且静摩擦系数与动摩擦系数很接近，防止爬行的能力好。如上所述，聚酰亚胺制成的薄膜综合性能优良，可以满足很多方面的需求，是一种优秀的耐摩擦涂层的制备基体材料。
本发明申请中我们选择使用摩擦性能非常优异的石墨烯作为聚酰亚胺复合材料的填料，辅以苝酐（PBI）改性，使他们之间产生协同作用能更好的提高润滑、摩擦性能。本思路未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法。
具体步骤为：
(1) 将ODA溶于酒精，然后加入三口烧瓶中，加热至沸腾并保持30~50min，再自然冷却到室温重新结晶，然后倒入布氏漏斗用真空泵抽滤，将滤出的ODA放入80℃的烘箱中抽真空烘干2~3h，制得重结晶后的ODA。
(2) 称取1~5mg石墨烯与1mg苝酐，加入三口烧瓶中，注入5mL的NMP，密封超声1h，制得石墨烯/苝酐溶液。
(3) 称取0.0025 mol步骤(1)获得的ODA，加入三口烧瓶中，注入10 mL的NMP，以200~400转/分钟的转速磁力搅拌，再加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(2)制得的石墨烯/苝酐溶液，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24h，制得粘稠的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液。
(4)将步骤(3)制得的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：70 ℃保持4 h； 100 ℃保持1 h；200 ℃保持1 h；300 ℃保持1 h，最后烘箱自然冷却至室温，取出模具，所得薄膜即为聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料。
本发明方法操作简单，易于大规模推广应用，且充分利用了石墨烯和聚酰亚胺在性能上的优势互补，使制得的聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料具有优异的拉伸模量、耐热性，并具有良好的摩擦性能，在航空航天等领域具有重要的应用前景。
具体实施方式
比对例：
(1)将ODA溶于酒精，然后加入三口烧瓶中，加热至沸腾并保持30~50min，再自然冷却到室温重新结晶，然后倒入布氏漏斗用真空泵抽滤，将滤出的ODA放入80℃的烘箱中抽真空烘干2~3h，制得重结晶后的ODA。
(2)称取0.0025 mol步骤(1)获得的ODA，加入三口烧瓶中，注入10 mL的NMP，以200~400转/分钟的转速磁力搅拌，再加入0.0025 mol的ODPA，整个加入原料和试剂的过程在15min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的PAA溶液。
(3)将步骤(2)制得的PAA溶液超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：70 ℃保持4h；100 ℃保持1 h；200 ℃保持1 h；300 ℃保持1 h，最后烘箱自然冷却至室温，取出模具，所得薄膜即为聚酰亚胺。
实施例1：
(1) 将ODA溶于酒精，然后加入三口烧瓶中，加热至沸腾并保持30min，再自然冷却到室温重新结晶，然后倒入布氏漏斗用真空泵抽滤，将滤出的ODA放入80℃的烘箱中抽真空烘干3h，制得重结晶后的ODA。
(2) 称取1mg石墨烯与1mg苝酐，加入三口烧瓶中，注入5mL的NMP，密封超声1h，制得石墨烯/苝酐溶液。
(3) 称取0.0025 mol步骤(1)获得的ODA，加入三口烧瓶中，注入10 mL的NMP，以300转/分钟的转速磁力搅拌，再加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(2)制得的石墨烯/苝酐溶液，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液。
(4)将步骤(3)制得的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：70 ℃保持4 h； 100 ℃保持1 h；200 ℃保持1 h；300 ℃保持1 h，最后烘箱自然冷却至室温，取出模具，所得薄膜即为聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料。
实施例2：
(1) 将ODA溶于酒精，然后加入三口烧瓶中，加热至沸腾并保持40min，再自然冷却到室温重新结晶，然后倒入布氏漏斗用真空泵抽滤，将滤出的ODA放入80℃的烘箱中抽真空烘干2h，制得重结晶后的ODA。
(2) 称取3mg石墨烯与1mg苝酐，加入三口烧瓶中，注入5mL的NMP，密封超声1h，制得石墨烯/苝酐溶液。
(3) 称取0.0025 mol步骤(1)获得的ODA，加入三口烧瓶中，注入10 mL的NMP，以300转/分钟的转速磁力搅拌，再加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(2)制得的石墨烯/苝酐溶液，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液。
(4)将步骤(3)制得的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：70 ℃保持4 h； 100 ℃保持1 h；200 ℃保持1 h；300 ℃保持1 h，最后烘箱自然冷却至室温，取出模具，所得薄膜即为聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料。
实施例3：
(1) 将ODA溶于酒精，然后加入三口烧瓶中，加热至沸腾并保持50min，再自然冷却到室温重新结晶，然后倒入布氏漏斗用真空泵抽滤，将滤出的ODA放入80℃的烘箱中抽真空烘干3h，制得重结晶后的ODA。
(2) 称取5mg石墨烯与1mg苝酐，加入三口烧瓶中，注入5mL的NMP，密封超声1h，制得石墨烯/苝酐溶液。
(3) 称取0.0025 mol步骤(1)获得的ODA，加入三口烧瓶中，注入10 mL的NMP，以300转/分钟的转速磁力搅拌，再加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(2)制得的石墨烯/苝酐溶液，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液。
(4)将步骤(3)制得的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：70 ℃保持4 h； 100 ℃保持1 h；200 ℃保持1 h；300 ℃保持1 h，最后烘箱自然冷却至室温，取出模具，所得薄膜即为聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料。

Claims (1)

1.一种聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1) 将ODA溶于酒精，然后加入三口烧瓶中，加热至沸腾并保持30~50min，再自然冷却到室温重新结晶，然后倒入布氏漏斗用真空泵抽滤，将滤出的ODA放入80℃的烘箱中抽真空烘干2~3h，制得重结晶后的ODA；
(2) 称取1~5mg石墨烯与1mg苝酐，加入三口烧瓶中，注入5mL的NMP，密封超声1h，制得石墨烯/苝酐溶液；
(3) 称取0.0025 mol步骤(1)获得的ODA，加入三口烧瓶中，注入10 mL的NMP，以200~400转/分钟的转速磁力搅拌，再加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(2)制得的石墨烯/苝酐溶液，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液；
(4)将步骤(3)制得的含有石墨烯/苝酐的PAA溶液超声分散30 min后，均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：70 ℃保持4 h； 100 ℃保持1 h；200 ℃保持1 h；300 ℃保持1 h，最后烘箱自然冷却至室温，取出模具，所得薄膜即为聚酰亚胺/石墨烯/苝酐耐磨性复合材料。
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