一种石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法，属于高分子复合材料领域。该复合材料由以下重量比的原料制成：聚酰亚胺100，石墨炔1～5，碳纳米管1～5，氧化铝1～5。将复合粉末混匀后倒入模具中热压成型，模压温度360～380℃，压力10～20MPa，自然冷却脱模。本发明专利技术利用石墨炔提高其强度和耐磨性，并降低表面自由能，再利用碳纳米管和氧化铝协同改性提高其力学性能和摩擦学性能，使得该新型复合材料具有高强度、摩擦系数稳定，低磨损的特点。本发明专利技术能够降低超声电机摩擦界面长时间运行导致的黏着磨损，且容易加工成薄片在旋转型超声电机中使用，大大提高了超声电机储存稳定性、速度稳定性和使用寿命。速度稳定性和使用寿命。速度稳定性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物复合材料领域，具体涉及一种石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法。

技术介绍

[0002]超声电机是一种利用逆压电效应将定子的微观振动通过摩擦作用，将能量传递到转子输出的一种新型电机，具有重量轻、定位精度高、电磁兼容性好、断电自锁、结构可设计性强等优点，是高端装备作动系统性能提升和换代的理想选择。随着超声电机技术的不断发展以及应用领域的迅速扩大，对超声电机的运行稳定性以及使用寿命的要求越来越高，传统的摩擦材料很难满足超声电机高性能化的发展需求。因此，针对特殊需求及应用，发展新型摩擦材料成为超声电机性能提升的有效途径。
[0003]聚酰亚胺是一种具有低表面能、自润滑性能优异的高分子材料，但是纯聚酰亚胺性能单一，很难满足超声电机复杂的应用工况，尤其在航空航天领域，如果超声电机在地面长期储存后，发射后在空间环境中会有无法正常工作的现象。因为组装后定转子之间带有很大的压力，摩擦层长期受压后会发生蠕变或者冷焊，当需要工作时，超声电机接触界面无法启动，或者强行启动后造成摩擦界面撕裂，从而影响超声电机的性能和使用寿命。所以超声电机摩擦界面良好的抗蠕变性和长期储存后仍具有可靠的启动性显得尤为重要。
[0004]目前旋转型超声电机使用的摩擦材料主要存在以下问题：一是表面自由能较高，二是抗蠕变性能较差，三是使用寿命较短。目前，国内还没有摩擦材料能够完全解决以上三个问题并同时满足超声电机的使用需求。因此，寻求长寿命高可靠的耐磨材料是超声电机亟需解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服超声电机现有技术存在的不足，提供一种具有表面能低、抗蠕变性能好、磨损率低的石墨炔改性聚酰亚胺复合材料及其制备方法。其技术方案为：
[0006]一种石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法，该材料由以下重量比的原料制成：聚酰亚胺100，石墨炔1～5，碳纳米管1～5，氧化铝1～5。
[0007]优选地，所用聚酰亚胺粒径为20～35μm，选用聚酰亚胺做聚合物基体是因为其本身具有较低的表面能和良好的自润滑性能。
[0008]优选地，所述石墨炔片径为0.4
‑
5μm，选用石墨炔是因为其具有良好的力学性能和良好的耐磨性能。
[0009]优选地，所述碳纳米管直径为8
‑
15nm，长度为10
‑
50μm，选用碳纳米管是因为其具有良好的力学性能，是提高聚合物强度的理想增强材料。
[0010]优选地，所述氧化铝粒径为6.5μm。选用氧化铝作为改性剂是得益于其良好的耐磨性和较高的表面硬度。
[0011]本专利技术还提供了上述用于超声电机的石墨炔改性聚酰亚胺复合材料的制备方法，
包括以下步骤：
[0012]1)按质量份数将聚酰亚胺、石墨炔、碳纳米管、氧化铝加入酒精中球磨4
‑
8小时，然后进行烘干、粉碎以及过筛(200目)处理；
[0013]2)将步骤1混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度360～380℃，压力10～20MPa，自然冷却脱模；
[0014]3)将步骤2制成的聚酰亚胺复合材料进行切片(0.2
‑
0.3mm厚)、粘贴以及表面研磨至表面粗糙度小于0.1μm后处供超声电机使用。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016](1)、本专利技术采用石墨炔改性聚酰亚胺后，该复合材料具有更高的抗剪切强度，提高了聚酰亚胺复合材料的耐磨性，保证了超声电机在特殊环境和苛刻工况下的过度磨损问题；
[0017](2)、本专利技术同时采用碳纳米管和氧化铝协同改性聚酰亚胺后，树脂能够提高复合材料的机械强度、表面硬度和耐磨性，从而能够提高超声电机摩擦材料的抗蠕变性能，避免由于蠕变造成齿陷，从而无法启动的现象；材料机械性能提高后其耐磨性也得到提高。
附图说明
[0018]图1本专利技术复合组分示意图
[0019]图2为本专利技术各实施案例中聚酰亚胺复合材料的压缩强度变化图。
[0020]图3为本专利技术各实施案例中的表面自由能(与水接触时的接触角表示)变化图。
[0021]图4为本专利技术各实施案例中的平均摩擦系数变化曲线。
[0022]图5为本专利技术各实施案例中的磨损率变化图。
[0023]图6为本专利技术复合组分示意图
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0025]本专利技术采用的聚合物基体聚酰亚胺的平均粒径为20～35μm，购自日本大金工业株式会社(上海分公司)；石墨炔的片径为0.4
‑
5μm，购自南京先丰纳米材料科技有限公司；碳纳米管直径为8
‑
15nm，长度为10
‑
50μm，购自中国科学院成都有机化学有限公司；氧化铝颗粒的平均粒径为6.5μm，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
[0026]实施例1
[0027]超声电机用石墨炔改性聚酰亚胺复合材料各组分的质量份数如下：聚酰亚胺100g、石墨炔1g、碳纳米管1g、氧化铝1g。
[0028]具体制备步骤：
[0029]1)将聚酰亚胺、石墨炔、碳纳米管、氧化铝粉末加入酒精中球磨4小时，充分混合均匀，然后进行烘干、粉碎以及过筛处理；
[0030]2)、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度375℃，压力20MPa，自然冷却脱模；
[0031]3)、将制成的聚酰亚胺复合材料进行切片加工，与铝合金转子粘贴以及表面处理后供超声电机使用。
[0032]本实施例制备所得聚酰亚胺复合材料的压缩强度5％为14.3MPa，接触角为118
°
，在250N、200r/min条件下与磷青铜定子配副的摩擦系数为0.173，磨损率约为3.6
×
10
‑6mm3/N
·
m。
[0033]实施例2
[0034]超声电机用石墨炔改性聚酰亚胺复合材料各组分的质量份数如下：聚酰亚胺100g、石墨炔2g、碳纳米管2g、氧化铝2g。
[0035]具体制备步骤：
[0036]1)将聚酰亚胺、石墨炔、碳纳米管、氧化铝粉末加入酒精中球磨5小时，充分混合均匀，然后进行烘干、粉碎以及过筛处理；
[0037]2)、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度375℃，压力20MPa，自然冷却脱模；
[0038]3)、将制成的聚酰亚胺复合材料进行切片加工，与铝合金转子粘贴以及表面处理后供超声电机使用。
[0039]本实施例制备所得聚酰亚胺复合材料的压缩强度5％为14.9MPa，接触角为120
°
，在250N、200r/min条件下与磷青铜定子配副的摩擦系数为0.169，磨损率约为2.1
×
10
‑6mm3/N
·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法，其特征在于，该材料由以下重量比的原料制成：聚酰亚胺100，石墨炔1～5，碳纳米管1～5，氧化铝1～5。2.根据权利要求1所述的石墨炔改性聚酰亚胺的超声电机摩擦材料及制备方法，其特征在于，该方法依次包括如下步骤：1)按照权利要求1所述的比例将聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪国庆，赵盖，曹鑫鑫，李兴明，宋敬伏，丁庆军，汤辰悦，鞠沅良，
申请(专利权)人：南京市擘星精密科技有限公司，
类型：发明
国别省市：