[发明专利]一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)配置用于静电纺丝的混合溶液，混合溶液包含以下组分：四酸和四胺，聚酰胺酸，氧化石墨烯，溶剂；(2)将(1)所得的混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维；(3)将(2)所得的前驱体纳米纤维在真空中干燥；(4)将(3)中所得的干燥后的前驱体纳米纤维进行热处理制得复合纳米纤维；(5)将(4)中所得的复合纳米纤维在多聚磷酸溶液中进行交联，制得基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料。

技术领域

本发明涉及一种三元纳米复合材料的制备方法。更具体地，本发明涉及一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，航空航天领域对密封器件的要求也越来越高。航空发动机中多处设置有密封装置，如轴承、压气机涡轮的转子等部位。随着发动机向着高温、高压、高转速的方向发展，密封装置的工作条件也越来越苛刻。航空发动机中常用的密封装置为接触式密封，对密封材料的强度、耐高温、耐老化、耐磨性、韧性等方面的要求高。传统的密封材料有聚四氟乙烯、聚酯、尼龙等，由于它们在耐高温、力学性能、抗老化、耐磨等方面的弱点，它们已经不能满足航空航天领域对密封材料的耐热、高强等性能的需求。聚吡咙具有较强的耐热性能，部分聚吡咙的热分解温度可以达到700℃以上，另外聚吡咙具有很强的抗氧化性和很高的强度。但是聚吡咙韧性差，而且不溶于普通有机溶剂，难以熔融，可加工性差。聚酰亚胺可以制成具有一定韧性的复合材料，但是聚酰亚胺的耐磨性能不能满足航空发动机中密封装置对材料的要求，而且也具有难溶和难熔的特性，所以其加工成型困难。氧化石墨烯具有良好的韧性和润滑性，是良好的耐磨减损材料，其缺点是与聚合物的复合性不好。

目前需要一种能够制备出聚吡咙/聚酰亚胺/尼龙复合材料的方法，使得这种材料能够用于制成航空发动机内的密封装置中，不仅具有耐高温、高强度的优点，还要具有合适的韧性和很好的耐磨损性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法，通过本发明所述方法制备得到的三元纳米复合材料不仅具有较高的耐热和力学性能，而且具有很好的韧性和耐磨损性能，在航空发动机内密封装置中具有应用前景。

本发明的一方面涉及一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)配置用于静电纺丝的混合溶液，混合溶液包含以下组分：四酸和四胺，聚酰胺酸，氧化石墨烯，溶剂；

(2)将(1)所得的混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维；

(3)将(2)所得的前驱体纳米纤维在真空中干燥；

(4)将(3)中所得的干燥后的前驱体纳米纤维进行热处理制得复合纳米纤维；

(5)将(4)中所得的复合纳米纤维在多聚磷酸溶液中进行交联，制得基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料。

在一种实施方式中，本发明所述的一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法中，所述用于静电纺丝的混合溶液中各组分的质量百分数为：四酸和四胺2.5％～15％，四酸与四胺的摩尔比为1.0～3.0∶1.0～3.0；聚酰胺酸2.5％～15％；氧化石墨烯0.03％～0.2％；溶剂69.80％～94.97％。

在一种实施方式中，本发明所述的一种基于分子组装的聚吡咙/聚酰亚胺/氧化石墨烯三元纳米复合材料的制备方法中，所述用于静电纺丝的混合物溶液中各组分的质量百分数为：四酸和四胺10％，四酸与四胺的摩尔比为1.0∶1.0；聚酰胺酸10％；氧化石墨烯0.1％；溶剂79.9％。