CN112778695B - 一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料 - Google Patents

一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料。所述的复合材料包括聚醚醚酮、液态金属；所述液态金属在摩擦过程中，吸收摩擦产热发生相变成为液体，并于聚合物基体和摩擦副之间形成转移膜。该材料在摩擦过程中，由于相变吸热的原因可及时带走摩擦热，并且在内部的液态金属润滑脂受到载荷挤压露出接触面时，可形成稳定的液态金属转移膜，阻隔了摩擦面的直接接触，进而有效降低复合材料的摩擦系数，提高材料的耐磨性。可满足高温、高压、高速工况下的密封元件应用领域。

Description

一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料
技术领域
本发明涉及一种耐磨自润滑复合材料，具体是一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，并涉及到其制备方法。
背景技术
工业化进程的推进对于高分子材料的耐温和耐磨性能提出更加严峻的挑战，为了满足不同工况条件下的设备零部件需求，需要具备高导热以及良好耐磨性能的复合材料。耐磨自润滑材料凭借着材料自身或者转移膜的形成能够有效地降低材料的摩擦系数和磨损，而聚合物基自润滑复合材料作为耐磨以及耐热零部件已在轻工业以及重型机械等行业得到了广泛的应用。以聚醚醚酮为例，聚醚醚酮(PEEK)作为一种新型的全芳香结构的半结晶性的高性能特种工程塑料，具备优异的力学强度和耐高温、耐氧化、耐腐蚀以及自润滑性能。可在250℃下长期使用，短时间的使用温度也可达到了300℃。聚醚醚酮具有刚性和柔性，其对交变应力下的耐疲劳性能也是工程类材料中最好的，能够与合金不相上下，被广泛应用到压缩机阀片、活塞环、密封件和阀门部件。但是纯PEEK仍然存在摩擦系数偏高，摩擦过程中PEEK材料产热快、导热差、易升温，使得PEEK材料时常因为热失效而不能被使用。
为了改善减摩高分子复合材料的摩擦学性能，在聚合物基体中加入纤维材料、固体润滑剂、多功能纳米颗粒等改性填料来提高其机械强度和耐热性能，降低摩擦系数是已知的。同时，采用润滑油脂填充及外部添加的方式，阻止接触面的直接接触进而降低其摩擦系数，减少磨损是公认的有利的方式。但实践表明，随着工况的要求更为严苛，传统的纤维及固体润滑剂等的加入已不能满足高温、高压、高速的新要求。而润滑油酯会产生污染性的气体或介质，长期使用对设备产生不利影响，增加生产成本。
液态金属是一种不定型、可流动的在室温或低温下呈现液态的低熔点金属或合金，具有优异的导热性(常见的液态金属导热率一般为10-40W/(m·K))和导电性，且性质稳定，低毒低粘度，可自我组装。液态金属作为一种多功能的填料，广泛应用于聚合物当中作为多功能复合材料。中国专利[公开号CN109467931A]涉及的一种填充液态金属的柔性介电弹性体复合材料，能够提高弹性体的介电常数。中国专利[公开号CN109897611A]涉及的一种高热容液态金属导热相变复合材料，能够快速传导设备的温度。近年来，大量的研究证明液态金属作为润滑剂具有较好的摩擦学性能，并且能够利用本身高导热性能够迅速散发摩擦过程中产生的热量。目前尚无报道在减摩高分子复合材料中添加液态金属来提高材料性能的报道，且如何实现液态金属与高分子材料的有效填充也是需要解决的问题。
发明内容
本发明在于提供一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，所述的复合材料耐磨性获得有效提高。
本发明提供一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，所述复合材料包括聚合物基体和液态金属。
本发明所述的液态金属填充在聚合物基体中。
本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，液态金属填充在聚合物基体中，复合材料在摩擦过程中，其中的液态金属可以吸收摩擦产热发生相变成为液体，并于聚合物基体和摩擦副之间形成转移膜。
本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料摩擦系数可以<0.3)，聚合物基体在体相为连续相的复合材料。
在一些实施例中，本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料的摩擦系数可以<0.2，虽然聚合物基体本身具有一定的摩擦系数，但在含有添加剂的最终成品中，作为自润滑材料的摩擦系数<0.2；在一些更优选的实施例中，本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料摩擦系数可以<0.1。
在一些实施例中，本发明所述聚合物基体选自聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯酯、环氧树脂中的一种或几种。对聚合度无限制。
在一些实施例中，所述液态金属选自GaxIny、Ga、BiaInbMc或In中的一种或者几种。所述的x为50～95，y为5～50，M为Cd、Pb、Sn中的一种或多种，a为28～70，b为0～67，c为0～95。熔点范围为标准大气压下室温～160℃，在这范围内的液体金属均能实现本发明的目的。例如包括但不限于Ga75In25(16℃)、Ga92In8(20℃)、Ga(30℃)、Bi44.7Cd5.3In19.1Pb22.6Sn8.3(46.7℃)、Bi49.5In21.3Pb17.6Sn11.6(58.2℃)、Bi32.5In51Sn16.5(60.5℃)、Bi33In67(72℃)和In(156.6℃)中的一种或者几种。
上述液态金属的化学结构式中，下标数字代表相应组分的百分含量，比如Ga75In25代表由75wt％的Ga和25wt％的In组成的合金；括号中的温度代表相应液态金属的熔点，比如Ga(30℃)代表Ga的熔点为30℃。其中单质金属均可通过市面购买，合金可按照比例进行现有技术常规高温加热混合即可，例如参考文献“Malakooti M H,Kazem N,Yan J,etal.Liquid Metal Supercooling for Low-Temperature Thermoelectric Wearables[J].A dvanced Functional Materials,2019,29(45):1906098.”和“Yu D,Liao Y,Song Y,etal.A Super-Stretchable Liquid Metal Foamed Elastomer for Tunable Control ofElectrom agnetic Waves and Thermal Transport[J].Advanced Science,2020:2000177.”中有关液态金属制备的方法。
此处熔点指的是标准大气压下。
在一些实施例中，所述复合材料中的聚合物基体和液态金属质量比为：(70-93.5)：(1.5-10％)。
在一些优选的实施例中，所述液态金属经过改性剂改性处理。
在一些实施例中，所述的改性剂为硅烷偶联剂或硫醇改性剂。
在一些实施例中，所述硅烷偶联剂选自γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述硫醇改性剂选自辛硫醇、十二烷硫醇、十八烷硫醇中的一种或多种。
在一些实施例中，本发明还提供所述液态金属经过改性剂改性处理的方法，将所述的液态金属加入改性剂溶液中，并且在20-80℃进行热水浴超声，超声波频率范围为20-70KHz，超声波功率为50-85％，超声时间为0.5-2h，得到液态金属悬浮液。制备获得的液态金属悬浮液冷却后可以静置待用。
在一些实施例中，本发明所述的改性剂溶液所用的溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、N,N′-二甲基甲酰胺、N,N′-二甲基乙酰胺或丙酮。
在一些实施例中，本发明所述的改性剂溶液中改性剂的浓度为5mmol/L～200mmol/L；在一个更具体的实施例中为20mmol/L～120mmol/L。
在一些实施例中，改性剂溶液与液态金属的质量比为1:1-10:1。
本发明所述的液态金属悬浮液采用激光粒度仪测量粒径长度，平均粒径为0.02-5μm。
在一些实施例中，本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料还包括补强纤维；在一些实施例中，本发明所述的补强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、钛酸钾晶须或碳纳米管中的一种或几种。
在一些实施例中，本发明聚合物基体与补强纤维的质量比为(70-93.5)：(5-20％)。
在一些具体的实施例中，本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，包括聚合物基体、液态金属和补强纤维，质量百分比为：聚合物基体70-93.5％，液态金属1.5-10％，补强纤维5-20％。
本发明提供的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料具有优异的耐磨性能、稳定的摩擦系数和良好的自润滑性能等特点。
本发明所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料将原料混合后可以按照本领域常规方法进行干燥、模压成型制备获得。例如本发明提供一种制备如上所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料的方法，包括如下步骤：
a)采用湿法混料的方式将配方量的原料进行混合，结束后置于80-120℃干燥，干燥时间为0.5-5h；
b)将a)步骤中的混合物料置于不锈钢模具中，模压成型，得到液态金属增强聚醚醚酮耐磨自润滑复合材料。
作为一种具体实施方式，模压成型工艺可以为在250-350℃保温20-80min，随后在此温度下热压0.5-2h，热压压力为30-120MPa，降至250-280℃后转移至冷压机上冷压5-30min。
作为一种具体实施方式，模压成型工艺也可以为室温下施加30-80MPa压力，保压10～30min，脱模经10～30min升温至80～120℃，保温30～90min，再60～100min升温至300～400℃，保温30～90min，降至250-280℃后保温30～90min，自然冷却。
本发明还提供所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料在工业轴承、密封元件、电子通讯、机械制造、航空航天领域的应用。
本发明能够实现高温下水浴超声剪切分散成微粒，室温下的液态金属固体微粒与聚合物基体、补强纤维共混实现均匀填充，并且利用补强纤维的搭接造孔作用，使得液态金属能够依附在纤维上，进而稳定分散到聚合物当中，更加有利于液态金属的储存和应用。摩擦过程中产热引发相变，液态金属作为相变润滑脂从固体填料转变成液体润滑剂，通过补强纤维之间的搭接，实现三维导热网络的构建，过程中因为相变吸热和导热网络的构建带走大量的摩擦热，并在摩擦接触面形成稳定的液态金属转移膜，降低材料的摩擦系数和磨损情况，可应用于制造压缩机的活塞环、阀片、轴承、填料环等。与传统润滑脂填充制备耐磨自润滑复合材料相比，本发明取得了如下有益效果：
(1)本发明解决了减摩高分子复合材料的配方体系中，传统液体润滑脂难以填充、容易泄露等缺陷，利用液态金属的性能特点，将其与聚合物基体混合，使得材料在摩擦过程中，当聚合物基体与摩擦副之间的界面温度低于液态金属的熔点时，液态金属微粒在载荷作用下破裂，覆盖到摩擦接触表面；当界面温度高于液态金属的熔点时，液态金属吸收摩擦产生的热，继而引发相变，从固体填料转变成液体润滑剂，在聚合物基体和摩擦副之间形成稳定的转移膜，提高了高分子材料的摩擦性能。
(2)当聚合物复合材料填充有长径比较大的补强材料时，补强纤维的搭接作用使得高分子复合材料内部形成三维导热网络，使得摩擦热能更有利于传到给均匀分散在高分子复合材料中的液态金属，并转移摩擦热，避免复合材料热失效。
(3)通过硅烷偶联剂或硫醇改性剂改性液态金属，使得液态金属微粒能均匀分散，同时增加了液态金属与聚合物基体的粘结力，降低了液态金属的泄露风险。
(4)本发明所述的工艺操作简单可控、制备条件安全稳定、无污染、无腐蚀，可制备填充液态金属相变润滑脂的摩擦环密封元件。
附图说明
图1为实施例5复合材料断面结构图；其中5.1表示实施例5.1的聚酰亚胺+液态金属+硫醇改性剂；5.2表示实施例5.2的聚酰亚胺+液态金属；5.3表示实施例5.3的聚酰亚胺；
图2为实施例5复合材料摩擦实验结束后，摩擦表面SEM和EDS图；其中5.1表示实施例5.1的聚酰亚胺+液态金属+硫醇改性剂；5.2表示实施例5.2的聚酰亚胺+液态金属；5.3表示实施例5.3的聚酰亚胺。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明做进一步说明，以下实施例仅用于说明本发明，而并不限制本发明。下述实施例中用的试剂，若无特别说明，为本领域可购买到的常规试剂；所用方法，若无特别说明，为本领域的常规方法。
实施例1.1：
首先将1g的Bi44.7Cd5.3In19.1Pb22.6Sn8.3加入到5g 50mmol/L的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷甲醇溶液中，60℃热水浴，超声波频率为50KHz，在80％超声波功率下超声2h，得到平均直径0.2μm的液态金属微球。再将18g的聚醚醚酮、5g的碳纤维和之前的液态金属颗粒进行湿法混合搅拌，结束后将混合物105℃干燥3h，得到干燥的混合物粉末。将粉末置于不锈钢模具中，置于300℃保温40min，随后在此温度下，50MPa热压1h，结束后降至280℃再冷压20min，得到耐磨液态金属高分子自润滑复合材料。通过MPX-2000摩擦磨损试验机测试摩擦磨损性能，载荷为200N，转速为1.4m/s，测试时间为2h。
比较例1.2：
首先将1g的Bi44.7Cd5.3In19.1Pb22.6Sn8.3于5g甲醇溶液中，在实施例1.1相同条件下超声分散，得到平均直径30μm的液态金属团块。再和实施例1.1相同的聚醚醚酮、碳纤维混合搅拌，实施例1.1相同条件下进行制备。测试条件同实施例1.1。
比较例1.3：
首先将24g的聚醚醚酮进行湿法搅拌(无液态金属)，实施例1.1相同条件下干燥压模进行制备。测试条件同实施例1.1。
比较例1.4：
首先将6g的碳纤维填充18g聚醚醚酮(无液态金属)，湿法搅拌混合，在实施例1.1相同条件下干燥压模进行制备。测试条件同实施例1.1。
表1摩擦磨损性能比较
复合材料 摩擦系数 磨损率m<sup>3</sup>/(N·m) 接触面温度℃
实施例1.1 0.28 6.52E-15 76
比较例1.2 0.36 9.45E-15 92
比较例1.3 0.42 14.23E-15 141
比较例1.4 0.37 10.05E-15 121
实施例2.1：
首先将0.3g的Bi32.5In51Sn16.5加入到0.3g 80mmol/L的十二烷硫醇丙酮溶液中，70℃热水浴，超声波频率为40KHz，在75％超声波功率下超声1.5h，得到平均直径1.5μm的液态金属微球。再将17.7g的聚醚醚酮、2g的玻璃纤维和之前的液态金属颗粒进行湿法混合搅拌，结束后将混合物102℃干燥2h，得到干燥的混合物粉末。将粉末置于不锈钢模具中，置于320℃保温50min，随后在此温度下，72MPa热压2h，结束后降至280℃再冷压15min，得到耐磨液态金属高分子自润滑复合材料。测试方法同实施例1.1。
比较例2.2：
首先将0.3g的Bi32.5In51Sn16.5于0.3g丙酮溶液中，在实施例2.1相同条件下超声分散，得到平均直径52μm的液态金属团块。再和实施例2.1相同的聚醚醚酮、玻璃纤维混合搅拌，实施例2.1相同条件下进行制备。测试条件同上。
比较例2.3：
首先将20g的聚醚醚酮进行湿法搅拌(无液态金属)，实施例2.1相同条件下进行干燥压模制备。测试条件同上。
比较例2.4：
首先将2.3g的玻璃纤维填充17.7g聚醚醚酮(无液态金属)，湿法搅拌混合，在实施例2.1相同条件下进行干燥压模制备。测试条件同上。
表2摩擦磨损性能比较
复合材料 摩擦系数 磨损率m<sup>3</sup>/(N·m) 接触面温度℃
实施例2.1 0.28 5.65E-15 92
比较例2.2 0.30 8.92E-15 103
比较例2.3 0.36 16.15E-15 134
比较例2.4 0.32 9.42E-15 116
实施例3.1：
首先将0.48g的Bi33In67加入到3.2g 65mmol/L的十八烷硫醇乙醇溶液中，80℃热水浴，超声波频率为48KHz，在65％超声波功率下超声0.5h，得到平均直径2.1μm的液态金属微球。再将25.12g的聚醚醚酮、6.4g的芳纶纤维和之前的液态金属颗粒进行湿法混合搅拌，结束后将混合物108℃干燥3h，得到干燥的混合物粉末。将粉末置于不锈钢模具中，置于350℃保温46min，随后在此温度下，54MPa热压1.5h，结束后降至270℃再冷压28min，得到液态金属增强聚醚醚酮耐磨自润滑复合材料。测试方法同实施例1.1。
比较例3.2：
首先将0.48g的Bi33In67于3.2g乙醇溶液中，在实施例3.1相同条件下超声分散，得到平均直径71μm的液态金属团块。再和实施例3.1相同的聚醚醚酮、芳纶纤维混合搅拌，实施例3.1相同条件下进行制备。测试条件同上。
比较例3.3：
首先将32g的聚醚醚酮进行湿法搅拌(无液态金属)，实施例3.1相同条件下进行干燥压模制备。测试条件同上。
比较例3.4：
首先将6.88g的芳纶纤维填充25.12g聚醚醚酮(无液态金属)，搅拌混合，在实施例3.1相同条件下进行干燥压模制备。测试条件同上。
表3摩擦磨损性能比较
复合材料 摩擦系数 磨损率m<sup>3</sup>/(N·m) 接触面温度℃
实施例3.1 0.25 7.89E-15 107
比较例3.2 0.32 9.65E-15 116
比较例3.3 0.38 13.55E-15 146
比较例3.4 0.31 9.03E-15 131
实施例4.1：
首先将2.8g的Bi49.5In21.3Pb17.6Sn11.6加入到28g 110mmol/L的十二烷硫醇甲醇溶液中，70℃热水浴，超声波频率为35KHz，在72％超声波功率下超声1.2h，得到平均直径0.82μm的液态金属微球。再将19.6g的聚醚醚酮、5.6g的玻璃纤维和之前的液态金属颗粒进行湿法混合搅拌，结束后将混合物110℃干燥2.1h，得到干燥的混合物粉末。将粉末置于不锈钢模具中，置于330℃保温45min，随后在此温度下，84MPa热压1.5h，结束后降至265℃再冷压18min，得到耐磨液态金属高分子自润滑复合材料。测试方法同实施例1.1。
比较例4.2：
首先将2.8g的Bi49.5In21.3Pb17.6Sn11.6于28g甲醇溶液中，在实施例4.1相同条件下超声分散，得到平均直径8.9μm的液态金属团块。再和实施例4.1相同的聚醚醚酮、玻璃纤维混合搅拌，实施例4.1相同条件下进行制备。测试条件同上。
比较例4.3：
首先将28g的聚醚醚酮进行湿法搅拌(无液态金属)，实施例4.1相同条件下进行制备。测试条件同上。
比较例4.4：
首先将8.4g的玻璃纤维填充19.6g聚醚醚酮(无液态金属)，湿法搅拌混合，在实施例4.1相同条件下进行干燥压模制备。测试条件同上。
表4摩擦磨损性能比较
Figure GDA0003269398140000081
Figure GDA0003269398140000091
实施例5.1
首先将2.6g的Ga加入到16g 30mmol/L的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中，35℃热水浴，超声波频率为70KHz，在85％超声波功率下超声1h，得到平均直径1.7μm的液态金属微球。再将20.2g的聚酰亚胺粉末之前的液态金属颗粒进行湿法混合搅拌，结束后将混合物104℃干燥3h，得到干燥的混合物粉末。将粉末置于不锈钢模具中，室温下施加67MPa的压力，并且保压20min成型。随后将脱模后的成型件放入烧结炉中，经过20min升温至100℃，保温1h，再80min升至350℃，保温1h。随后3h降温至250℃，并且保温1h，最终自然冷却至室温得到耐磨液态金属高分子自润滑复合材料。测试方法同实施例1.1。
对比例5.2
首先将2.6g的Ga于16g乙醇溶液中，在实施例5.1相同条件下超声分散，得到平均直径10.9μm的液态金属团块。再和实施例5.1相同的聚酰亚胺粉末混合搅拌，实施例5.1相同条件下进行制备。测试条件同上。
对比例5.3
首先将22.8g的聚酰亚胺粉末搅拌(无液态金属)，实施例5.1相同条件下进行干燥压模制备。测试条件同上。
实施例5.4
首先将2.6g的Ga加入到16g 30mM/L的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中，35℃热水浴，超声波频率为70KHz，在85％超声波功率下超声1h，得到平均直径1.7μm的液态金属微球。再将液态金属微球与18g聚酰亚胺粉末、2.2g的碳纳米管混合搅拌，实施例5.1相同条件下进行制备。测试条件同上。
表5摩擦磨损性能比较
复合材料 摩擦系数 磨损率m<sup>3</sup>/(N·m) 接触面温度℃
实施例5.1 0.28 6.53E-16 86
比较例5.2 0.32 8.87E-16 91
比较例5.3 0.35 9.56E-16 105
实施例5.4 0.22 5.65E-16 72

Claims (18)

1.一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的复合材料包括聚合物基体和液态金属，所述液态金属在摩擦过程中，吸收摩擦产热发生相变成为液体，并于聚合物基体和摩擦副之间形成转移膜；所述液态金属为GaxIny、Ga、BiaInbMc或In中的一种或者几种；所述的x为50~95，y为5~50，M为Cd、Pb、Sn中的一种或多种，a为28~70，b为0~68，c为0~95；聚合物基体和液态金属质量比为：（70-93.5）：（1.5-10）；所述聚合物基体是聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯酯、环氧树脂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述液态金属熔点为标准大气压下室温~160℃。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述液态金属为Ga75In25、Ga92In8、Ga、Bi44.7Cd5.3In19.1Pb22.6Sn8.3、Bi49.5In21.3Pb17.6Sn11.6、Bi32.5In51Sn16.5、Bi33In67和In中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述液态金属经过改性剂改性处理。
5.根据权利要求4所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的改性剂为硅烷偶联剂或硫醇改性剂。
6.根据权利要求5所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述硫醇改性剂为辛硫醇、十二烷硫醇、十八烷硫醇中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述液态金属经过改性剂改性处理的方法为将所述的液态金属加入改性剂溶液中，并且在20-80℃进行热水浴超声，超声波频率范围为20-70 kHz，超声波功率为50-85%，超声时间为0.5-2h，得到液态金属悬浮液。
8.根据权利要求7所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的改性剂溶液所用的溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、N, N-二甲基甲酰胺、N, N-二甲基乙酰胺或丙酮。
9.根据权利要求7所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的改性剂溶液中改性剂的浓度为5 mmol/L～200 mmol/L。
10.根据权利要求8所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的改性剂溶液中改性剂的浓度为20 mmol/L～120 mmol/L。
11.根据权利要求7所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，改性剂溶液与液态金属的质量比为1:1-10:1。
12.根据权利要求1所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料还包括补强纤维。
13.权利要求12所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的补强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、钛酸钾晶须或碳纳米管中的一种或几种。
14.权利要求12所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，聚合物基体与补强纤维的质量比为（70-93.5）：（5-20）。
15.根据权利要求1所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，其特征在于，所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料，包括聚合物基体、液态金属和补强纤维，质量百分比为：聚合物基体70-93.5%，液态金属1.5-10%，补强纤维5-20%。
16.权利要求1～15任一项所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a）采用湿法混料的方式将配方量的原料进行混合，结束后置于80-120℃干燥，干燥时间为0.5-5 h；
b）将a）步骤中的混合物料置于不锈钢模具中，模压成型，得到液态金属增强聚醚醚酮耐磨自润滑复合材料。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，
模压成型工艺为在250-350℃保温20-80 min，随后在此温度下热压0.5-2 h，热压压力为30-120 MPa，降至250-280℃后转移至冷压机上冷压5-30 min；或者模压成型工艺为室温下施加30-80 MPa压力，保压10～30 min，脱模经10～30 min升温至80～120℃，保温30～90min，再60～100 min升温至300～400℃，保温30～90 min，降至250-280℃后保温30～90min，自然冷却。
18.权利要求1～15任一项所述的耐磨液态金属高分子自润滑复合材料在工业轴承、密封元件、电子通讯、机械制造、航空航天领域的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113265121A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 吉林大学 一种基于温度变化的变刚度复合材料及其制备方法
CN113737079A (zh) * 2021-09-06 2021-12-03 燕山大学 一种低熔点Bi基液态金属及其制备方法
CN115851339B (zh) * 2022-10-24 2024-02-06 佛山科学技术学院 一种在线修复型润滑脂及其制备方法和应用
CN115746562A (zh) * 2022-12-21 2023-03-07 上海斯必特橡塑有限公司 一种5g领域的改性聚酰亚胺材料及制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
YU173989A (en) * 1989-04-27 1991-10-31 Dowa Mining Co Synthetic resin compound, which contains galium particles, and it's use in a gliding surface material for skis and other uses
CN101824219B (zh) * 2010-04-27 2012-01-25 深圳大学 一种金属非晶增强聚苯硫醚自润滑耐磨复合材料
CN110128597B (zh) * 2019-05-21 2020-08-04 清华大学 一种低温成型自润滑材料及其制备方法

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