[发明专利]一种用纳米金刚石负载还原氧化石墨烯复合物的热固性PI的耐磨涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种新型复合摩擦材料，将纳米金刚石粉与还原氧化石墨烯复合物改性热固性聚酰亚胺的耐磨涂层的制备方法。将氧化石墨烯分散在极性溶剂中，得到均匀分散的氧化石墨烯分散液，作为反应环境液；再将纳米金刚石和反应环境液通过硅烷偶联剂连接制备成复合物；再将复合物按比例分散到聚酰亚胺里面；最后通过分组烧制得到耐磨涂层。本发明制备的纳米金刚石负载还原氧化石墨烯修饰的热固性聚酰亚胺耐磨涂层相比于纯聚酰亚胺耐磨涂层有着较低的摩擦系数和明显的耐磨减磨优势。

技术领域

本发明设计一种用纳米金刚石负载还原氧化石墨烯复合物改性热固性聚酰亚胺的耐磨涂层的制备方法，属于固体耐磨涂层材料制备领域。

背景技术

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性。但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。

聚酰亚胺是一种含有酰亚胺基的高分子材料，其主要由双胺类及双酐类反应聚合成聚酰胺酸高分子，再涂布成薄膜经过高温亚胺化脱水形成。由于聚酰亚胺的优异物性以及还具有高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温和防腐蚀等特殊性能，其应用范围较广，在电子通讯、电机领域、LED及光电显示等产业领域需求日益增多，聚酰亚胺在工业发展上扮演着越来越重要的角色。

近年来，由于纳米金刚石的多种优异特性，如高模量、高硬度、高热导率、良好的绝缘性、独特的光电特性、低摩擦系数及耐磨损特性、良好的化学稳定性和生物相容性，使其呈现出功能多样性。纳米金刚石作为功能材料的应用，最初主要用作光电材料，现在已经在生物医疗、药物递释、催化、热管理、润滑等领域获得了初步的应用，研究和开发处于快速发展阶段，应用前景广阔。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是针对目前PI及氧化石墨烯加入到PI中，不能体现出好的抗磨耐磨性能，而提供的一种用纳米金刚石负载还原氧化石墨烯复合物改性热固性聚酰亚胺的耐磨涂层的制备方法。为此，本发明实现步骤如下：

1、预氧化石墨的制备：按质量称取浓硫酸（98%）、过硫酸钾、五氧化二磷后搅拌均匀，再称取石墨粉加入到上述混合溶液继续搅拌至均匀后，水浴反应4.5小时，待混合液冷却后加入去离子水，静置后过滤，洗涤除去产物中残留酸等杂质再至于烘箱中干燥后得到预氧化石墨；

2、对预氧化石墨进行深度氧化：将预氧化石墨和硝酸钠加入到浓硫酸（98%）中，保持温度低于5˚C并在高速搅拌下缓慢加入适量高锰酸钾，随后将混合物料快速升温至35˚C保持反应1小时后加入100ml去离子水稀释，再将混合溶液温度提升至90˚C并保持15min，将上述混合溶液倒入到300ml去离子水中并加入15ml双氧水，溶液变为亮黄色，静置1小时后用10%的盐酸水溶液进行离心、洗涤，直至滤液中检测不到硫酸根离子（用氯化钡检测硫酸根离子）,然后取离心后上层含有氧化石墨烯的清液进行冷冻，最后经过冷冻干燥后获得氧化石墨烯；

3、热固性聚酰亚胺的制备：将4,4-二苯醚四甲酸二甲酯（ODPA）、纳迪克酸酐 (NA)和4,4-二氨基二苯醚（ODA）按质量比为0.45:0.17:0.38加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)20~35ml±5ml中搅拌均匀直到变为透明液体；

4、氧化石墨烯分散液的制备：将深度氧化的石墨分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）50~60ml±5ml极性溶剂中，搅拌超声剥离氧化石墨，得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；