碳纤维增强聚合物基自润滑材料及其制备方法 【技术领域】
本发明是关于一种碳纤维增强聚合物基自润滑材料及其制备方法。
背景技术
聚酰亚胺是20世纪50年代发展起来的耐热性较高的一类高分子材料，耐高温、耐辐射，且具有优良的械性能和摩擦学性能，被誉为“塑料之王”尤其在高温、高压和高速等苛刻环境下具有优异的减摩润滑特性，已在航空、航天、电器、机械、化工及微电子等高技术领域得到了广泛应用。纯聚酰亚胺的自润滑性能相对较差，在某些苛刻条件下难以满足要求，对PI进行填充改性可以进一步改善其摩擦学性能.纤维增强的聚酰亚胺(PI)树脂基复合材料具有比模量高！比强度高！耐辐射！高温下力学性能优异！使用温度范围很宽(-269℃～+400℃)等特点，在航空航天飞行器和现代武器系统！化工医药！纺织工业！汽车工业！矿山工业以及精密机械行业等金属材料或其他工程塑料无法满足要求的情况下，都可选择使用PI复合材料为此。
碳纤维是20世纪60年代初才发展起来的一种新型材料。它的强度比钢还大，密度比铝合金还低，且还有许多宝贵的电学、热学和力学性能，在现代宇航技术发展中，已成为一种不可缺少的新颖材料。碳纤维增强聚合物复合材料是目前最先进的复合材料之一，它的显著优点是重量轻、纤度好、抗拉强度高，同时具有一般碳材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等。
国内目前的聚合物自润滑材料主要存在的问题是减摩耐磨能力低、使用寿命短以及强度不够。国内现有相关专利有：03141663.2芳纶纤维/聚酰亚胺复合材料及其制备方法、200410053664.0稀土改性碳纤维/聚酰亚胺复合材料制备方法、200410032159.8一种短纤维增强聚酰亚胺复合材料及制备方法和用途、200510112204.5稀土改性玻璃纤维/聚酰亚胺复合材料的制备方法，这些材料自润滑性能差。
【发明内容】
本发明目地是提供一种碳纤维增强聚合物基自润滑材料及其制备方法，该材料具有良好的机械强度、良好的自润滑性能以及较长的使用寿命。
本发明的目的通过如下措施来实现：
一种碳纤维增强聚合物基自润滑材料，其特征在于该材料的组成和质量分数为：聚酰亚胺30～50％、短切碳纤维10～20％、二硫化钼10～40％、三氧化二锑10～30％。
本发明采用的聚酰亚胺为单醚酐型，分子中具有十分稳定的苯环和柔顺的醚键结构，有较低的摩擦系数及良好的耐磨性能。其重复结构单元为：
一种碳纤维增强聚合物基自润滑材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
A、选用聚酰亚胺做树脂基体，选用短切碳纤维做增强体，选用二硫化钼和三氧化二锑做润滑添加剂；
B、按质量分数：聚酰亚胺30～50％、短切碳纤维10～20％、二硫化钼10～40％、三氧化二锑10～30％称取物料混合均匀制成模料；
C、将模料倒入模具中热压成型，模压温度360～380℃，压力35～40MPa，保温保压40～60分钟，自然冷却。
本发明制备的材料是由树脂基体、增强体和固体润滑剂构成组成。本发明选用聚酰亚胺做树脂基体是因为其耐高温、耐辐射，且具有优良的机械性能和摩擦学性能；选用碳纤维做增强体是因为其重量轻、纤度好、抗拉强度高，耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等；选用选用二硫化钼和三氧化二锑做润滑添加剂是因为二硫化钼热稳定性和化学稳定性好且减摩性能优秀，添加三氧化二锑是因为它和二硫化钼具有协同效应并且可以防止二硫化钼氧化。
本发明的特点在于所制备的碳纤维增强聚合物基自润滑材料机械强度高，摩擦系数小、磨损率低等特点，具有良好的润滑性能和机械性能，可以通过使接触面产生轻薄均一的转移膜的方法降低聚酰亚胺材料摩擦系数，提高了材料的减摩耐磨能力，延长材料使用寿命。
本发明产品的主要性能指标如下：
1.表面硬度(HB)：≥80
2.大气下摩擦系数：0.10～0.12
3.大气下体积磨损率：≤8.5×10-7mm3/N·m
4.压缩强度：≥170MPa
5.弯曲强度：≥110MPa
添加二硫化钼和三氧化二锑改善聚酰亚胺摩擦学性能，同时采用用短切碳纤维做增强体，保证材料具有良好的机械性能。该材料可加工为滑片，轴承等使用，提高了材料的减摩耐磨能力，延长材料使用寿命。
【具体实施方式】
实施例1
制备工艺如下：
(1)选用聚酰亚胺做树脂基体，质量分数：30％；
(2)选用短切碳纤维做增强体，质量分数：10％；
(3)选用二硫化钼和三氧化二锑做润滑添加剂，质量分数分别为：40％，20％。
(4)先将聚酰亚胺、二硫化钼和三氧化二锑混合均匀，然后加入短切碳纤维，充分混合均匀；
(5)将混好的模料倒入模具中热压成型，模压温度360℃，压力35MPa，保温保压40分钟，自然冷却。
实施例2
制备工艺如下：
(1)选用聚酰亚胺做树脂基体，质量分数：40％；
(2)选用短切碳纤维做增强体，质量分数：20％；
(3)选用二硫化钼和三氧化二锑做润滑添加剂，质量分数分别为：30％，10％；
(4)先将聚酰亚胺、二硫化钼和三氧化二锑混合均匀，然后加入短切碳纤维，充分混合均匀；
(5)将混好的模料倒入模具中热压成型，模压温度380℃，压力38MPa，保温保压50分钟，自然冷却。
实施例3
制备工艺如下：
(1)选用聚酰亚胺做树脂基体，质量分数：50％；
(2)选用短切碳纤维做增强体，质量分数：10％；
(3)选用二硫化钼和三氧化二锑做润滑添加剂，质量分数分别为：30％，10％；
(4)先将聚酰亚胺、二硫化钼和三氧化二锑混合均匀，然后加入短切碳纤维，充分混合均匀；
(5)将混好的模料倒入模具中热压成型，模压温度370℃，压力40MPa，保温保压40分钟，自然冷却；
实施例4
制备工艺如下：
(1)选用聚酰亚胺做树脂基体，质量分数：50％；
(2)选用短切碳纤维做增强体，质量分数：15％；
(3)选用二硫化钼和三氧化二锑做润滑添加剂，质量分数分别为：25％；10％；
(4)先将聚酰亚胺、二硫化钼和三氧化二锑混合均匀，然后加入短切碳纤维，充分混合均匀；
(5)将混好的模料倒入模具中热压成型，模压温度360℃，压力35MPa，保温保压60分钟，自然冷却。