[发明专利]一种高导热聚酰亚胺摩擦材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于超声电机的高导热聚酰亚胺摩擦材料。其特征是所述的摩擦材料由以下重量份的原料制成：聚酰亚胺100，纳米铜粉0.1～1，石墨烯0.5～2，多壁碳纳米管0.5～1。其制备方法是：石墨烯，多壁碳纳米管，纳米铜粉在丙酮中超声分散30min后，加入聚酰亚胺粉末，并用球磨机球磨4小时；然后在真空干燥箱中80℃下烘干，得到混合粉末；在10‑20MPa下将混合粉末热压成型，375‑390℃下保温1‑2小时，随炉降温，制得复合材料。本发明所述复合材料具有较高的导热性，从而在高温环境下具有较低的磨损率，制备方法简单，操作方便，成本低，易于工业化宏量制备，该复合材料也容易加工成薄片在旋转型超声电机中使用，能够提高超声电机高温环境的使用寿命。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，具体涉及一种高导热聚酰亚胺纳米复合材料及制备方法。

背景技术

随着超声电机技术的不断发展及应用范围的扩大，对转子摩擦材料性能的要求越来越高，尤其在真空、高温、高载和高速等苛刻工况下，传统的聚酰亚胺基复合材料由于机械强度低、硬度小、耐磨性差、使用寿命短等缺点，难以满足航空航天等领域的迫切需求。因此，寻求一种高温耐磨性能优异的先进摩擦材料成为超声电机亟需解决的问题。

目前旋转型超声电机使用的摩擦材料主要存在两大问题：最突出的问题是干摩擦条件下磨损比较严重，使用寿命短，无法满足连续长寿命工作，在真空和高低温等苛刻工况下使用寿命将更短，无法满足航空航天等复杂环境的使用需求；其次是随着电机运行过程中摩擦热的积聚，磨损将更加严重，产生的磨屑以及预压力的下降导致电机输出稳定性下降。目前，国内还没有摩擦材料能完全解决以上两个问题。因此，寻求耐高温、高导热及超低磨损的摩擦材料是超声电机亟需解决的难题。

本发明选用聚酰亚胺作为聚合物基体，因其是一种耐高温、耐磨性和力学性能等综合性能优异的高分子材料，但是纯的聚酰亚胺在高频微振动条件下磨损率较大，很难满足超声电机复杂工况的使用要求。所以对聚酰亚胺进行改性是提高其机械性能、热力学性能和摩擦学性能最有效的方法。本发明利用先进的纳米改性技术，在纳米铜粉改性的基础上，选用导热性、力学性能和耐磨性能优异的石墨烯和多壁碳纳米管改性，能够大幅提高聚酰亚胺纳米复合材料的机械强度、耐热性、导热性和耐磨性，从而能够提高超声电机的环境适应性和使用寿命。

其次，根据纳米改性剂添加比例的不同，对其制备方法进行了优化，以期能够制备适用于超声电机使用的高性能摩擦材料。

发明内容

本发明的目的是针对现在所使用的超声电机摩擦材料的问题，发明一种更适用于超声电机的聚酰亚胺纳米复合材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于它由聚酰亚胺、纳米铜粉、石墨烯和多壁碳纳米管组成：各组份的质量份为：聚酰亚胺100份，石墨烯0.5～2份，多壁碳纳米管0.5～1份，纳米铜粉0.1～1份。

优选地，所述的聚酰亚胺为微米级模压粉，平均粒径为75μm模压粉，性能稳定，非常适合无机颗粒填充和热压成型。

优选地，石墨烯的尺寸为1-5μm，厚度为0.8-1.2nm，所述的石墨烯的表面活性官能团与聚酰亚胺分子存在着强烈的分子间作用力，能够提高界面结合力，从而大大提高聚酰亚胺的耐磨性；石墨烯在丙酮中分散性良好，避免了团聚现象，提高了其在聚酰亚胺中的分散性。

优选地，所述的纳米铜粉尺寸小于100nm，能够在丙酮中与石墨烯、聚酰亚胺和多壁碳纳米管良好分散，起到协同改性的作用。

优选地，所述的聚酰亚胺复合材料，其特征是所述的多壁碳纳米管直径为 8-15nm，长度为10-50μm，所述的多壁碳纳米管具有良好的力学性能，是提高聚合物强度的理想增强材料。

本发明所述的聚酰亚胺摩擦材料的制备方法包括如下步骤：