本发明属于聚酰亚胺轴承的制备领域，特别涉及一种易于加工、耐高温及耐磨的聚酰亚胺石墨烯轴承及其制备方法。
背景技术：
轴承是机械传动中不可缺少的重要零件，在提高传动效率、降低能耗方面起着不可替代的作用。为了提高轴承的承载能力，降低其传动噪音、减少振动，改善其润滑系统。工程塑料以其比重小、耐磨损、抗震等优点，能根据轴承的具体使用要求进行相应的改性对其性能进行优化，具有加工简便，直接注塑成型性，提高了轴承设计的灵活性以及自由度。
目前，用于轴承上的工程塑料主要集中在聚酰胺(PA66、PA46)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)以及聚酰亚胺(PI)。其中聚酰亚胺具有易于加工、优异的拉伸强度以及韧性，较宽的工作范围、较好的耐化学腐蚀性能等优点，长期使用温度可以达到300℃，相对于聚酰胺(使用温度-40～60℃)、聚苯硫醚(使用温度200℃)、聚醚醚酮(-70～250℃)等其他工程塑料，具有更高的使用温度，能够替代一些相对使用要求较高的金属轴承，以降低使用成本，以及聚酰亚胺良好的可加工型，也可设计一些结构复杂的轴承。
但是聚酰亚胺树脂的主链刚性结构，难于熔融、不易加工成型，单独的纯聚酰亚胺的脆性较大，不适合单独作为轴承材料使用。
技术实现要素：
本发明提供了一种易于加工、耐高温及耐磨的聚酰亚胺石墨烯轴承，按重量份数计算，该轴承包括，
其中，聚酰亚胺主要是指可高温注塑成型的聚酰亚胺超级工程塑料，可在340～380℃的温度范围内加工，具有良好的熔体稳定性，表现出良好的注塑成型性能，如38N、9000、8100、2237、FM57、CP-8000、4203、4200、4201、35N等；
上述的功能化石墨烯增加了石墨烯在树脂基体中的分散稳定性，能够有效改善轴承在使用过程中摩擦带来的腐蚀以及环境问题，而且能够对摩擦表面产生的划痕起到修复作用，
对石墨烯功能化的具体方法为：将石墨烯置于甲醇中超声处理1h～2h，再加入功能化分子并超声处理2～3h，抽滤，烘干，得到功能化石墨烯，
石墨烯与功能化分子的重量比为0.1～1：30～40，功能化分子为十八胺、乙醇胺、α-Fe2O3、纳米Cu、油酸或硬脂酸等，功能化分子主要是基于分子间的相互作用力或离子键作用力，从而赋予石墨烯在溶剂中稳定分散的能力；
上述改性聚酯主要是将聚酯进行增粘改性以增加聚酯的粘度，使其具有更好的力学以及加工性能，聚酯的增粘改性工艺如下：
(1)扩链剂和抗水解剂在70℃的真空干燥箱内干燥12小时；
(2)将上述聚酯、扩链剂和抗水解剂混合并在挤出机中熔融共混，挤出试样经切粒后再干燥，备用，
挤出机设定的温度为255℃、260℃、260℃、265℃、265℃、265℃，溶体温度为265℃、主机转速为124r/min、喂料机转速为60r/min，
聚酯增粘改性之前的特性黏度在0.8～1，改性后的特性粘度1.5～2、熔融指数10～20g/10min，
聚酯、扩链剂和抗水解剂的重量份数比为100：0.1～2：0.1～2，
其中，聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯，耐蠕变、抗疲劳、耐摩擦性能好，磨耗小而且硬度高，受温度影响小，如PJ002、PJ003、08012、08512、F80CC、PET-125、PET-530、PBT1090、PBT-1100A、PBT-G10等，
扩链剂为一种通过反应挤出等手段来增加聚合物相对分子量的某些低相对分子量化合物，一般为双官能或多官能团化合物，如二环氧化合物、二酸酐、二异氰酸酯、亚磷酸酯和二噁唑啉等，具体为TGIC、3,4-环氧环己基甲基己二酸酯、3,4-环氧环己基羧酸酯、1,4-环己烷二甲醇缩水甘油醚、TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI、ADR-4370S等，
聚酯本身吸水率很高，且空气中存在的水都会造成聚酯的水解，以及聚酯自身的降解会产生带端羟基或端羧基的短链，而聚酯长链自身也带有端羧基或端羟基，因此在扩链剂的作用下，上述端羟基和端羧基相互反应形成支链结构(具体扩链机理如下式)，而在扩链的过程中发现，体系中分别保持一定数量的长链和短链，更容易使生成的支化结构穿插到聚酰亚胺的结构中，因此需要让聚酯存在适当的水解现象，
例如扩链剂选择二酸酐：
例如扩链剂选择双官能度的二异氰酸酯：
但是过度水解也会造成聚酯材料的力学性能下降、使用寿命缩短，因此需要加入一定的抗水解剂，在一定程度上修补连接链段，抗水解剂是一种含有一个或者多个反应基团，在水解严重的聚酯材料中可以产生断链再接效果，常见的为聚碳化二亚胺，如S-7000、XY-30、XL-701，
因为聚酯的分子结构为线型结构，并且分子量相对较低，导致熔体强度差，增粘的目的主要是为了使聚酯的分子链变长同时有支链生成，从结构上看，形成的这种支化结构在熔融共混的热作用下，与聚酰亚胺的长链更容易相互缠结相互穿插形成半互穿聚合物网络结构；而且聚酰亚胺的端氨基与聚酯的端羧基会发生反应，使相容性更好；
上述聚酰亚胺石墨烯轴承中的金刚石微粉粒径为30～50um，具有较高的硬度、耐磨性好、性质稳定、导热性良好，能够将轴承在使用过程中产生的热量及时散发出去，提高轴承的使用寿命，提高其耐磨性，有效降低轴承的摩擦系数；
上述的分散剂主要是为了改善固体粉末在基体树脂中的分散性，有效保持轴承的稳定性，分散剂选择脂肪酸类、脂肪族酰胺类、酯类、石蜡类、金属皂类、低分子蜡类，如聚乙二醇200、聚乙二醇400、硬脂酸钙、硬脂酸锌、液体石蜡、微晶石蜡、乙撑基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯等。
本发明还提供了一种上述易于加工、耐高温及耐磨的聚酰亚胺石墨烯轴承的制备方法：
将各组分置于高速混合机中混合均匀，并于挤出机中挤出造粒，烘干备用，
使用双螺杆挤出机，设定的温度为300℃、310℃、330℃、330℃、350℃、350℃、340℃、340℃，双螺杆挤出机的主喂比为1：1.5，长径比为45:1。
本发明的有益效果在于：本发明采用聚酰亚胺作为轴承的基体材料，长期使用温度可以达到300℃，可明显扩大轴承的使用范围，提高其使用寿命，采用聚酰亚胺与改性聚酯进行共混改性，两者的相容性较好，能够明显降低聚酰亚胺的加工温度，有效改善其传统的加工温度高等缺点；
采用功能化石墨烯能够有效改善轴承在使用过程中摩擦带来的腐蚀以及环境问题，而且能够对摩擦表面产生的划痕起到修复作用，石墨烯良好的导热性能能够将轴承在使用过程中摩擦产生的热及时传导出去，延长其使用寿命；金刚石微粉能够与功能化石墨烯有协同提高耐磨的性能，能够有效降低轴承的摩擦系数；
聚酯改性过程中未参与反应的扩链剂能够利用在轴承后续的使用过程产生的热量，与聚酰亚胺发生反应实现轴承的自修复(具体自修复机理如下式)，延缓轴承的摩擦磨损程度，提高轴承的使用寿命，
具体实施方式
实施例1
一种易于加工、耐高温及耐磨的聚酰亚胺石墨烯轴承，该轴承按重量份数计算为：
将上述各组分置于高速混合机中混合均匀，并于双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机温度设定为300℃、310℃、330℃、330℃、350℃、350℃、340℃、340℃，双螺杆挤出机的主喂比为1：1.5，长径比为45:1，烘干备用；
本实施例中，功能化石墨烯的制备方法为：
将氧化还原法制备的石墨烯0.5重量份置于甲醇中超声处理2h，再加入功能化分子纳米Cu 30重量份并超声处理2.5h，抽滤，烘干，得到功能化石墨烯；
本实施例中，改性聚酯的制备方法为：
(1)扩链剂TGIC和抗水解剂S-7000均在70℃的真空干燥箱内干燥12小时；
(2)将聚酯PJ002、上述扩链剂和抗水解剂按100：0.1：0.1的重量比混合并在挤出机中熔融共混，挤出试样经切粒后再干燥，备用，
挤出机设定的温度为255℃、260℃、260℃、265℃、265℃、265℃，主机转速为124r/min、喂料机转速为60r/min。
实施例2
一种易于加工、耐高温及耐磨的聚酰亚胺石墨烯轴承，该轴承按重量份数计算为：
上述聚酰亚胺石墨烯轴承制备的操作方法同实施例1；
本实施例中，功能化石墨烯的制备方法为：
将氧化还原法制备的石墨烯0.8重量份置于甲醇中超声处理2h，再加入功能化分子油酸35重量份并超声处理3h，抽滤，烘干，得到功能化石墨烯；
本实施例中，改性聚酯的制备方法为：
(1)扩链剂TDI和抗水解剂XY-30均在70℃的真空干燥箱内干燥12小时；
(2)将聚酯PBT1090、上述扩链剂和抗水解剂按100：0.5：0.5的重量比混合并在挤出机中熔融共混，挤出试样经切粒后再干燥，备用，
挤出机参数同实施例1中聚酯改性部分。
实施例3
一种易于加工、耐高温及耐磨的聚酰亚胺石墨烯轴承，该轴承按重量份数计算为：
上述聚酰亚胺石墨烯轴承制备的操作方法同实施例1；
本实施例中，功能化石墨烯的制备方法为：
将氧化还原法制备的石墨烯1重量份置于甲醇中超声处理2h，再加入功能化分子α-Fe2O340重量份并超声处理3h，抽滤，烘干，得到功能化石墨烯；
本实施例中，改性聚酯的制备方法为：
(1)扩链剂MDI和抗水解剂XL-701均在70℃的真空干燥箱内干燥12小时；
(2)将聚酯PBT G10、上述扩链剂和抗水解剂按100：2：2的重量比混合并在挤出机中熔融共混，挤出试样经切粒后再干燥，备用，
挤出机参数同实施例1中聚酯改性部分。
对比实施例1
相比于上述实施例1，石墨烯未经纳米Cu的处理，其余步骤均同实施例1。
对比实施例2
相比于上述实施例3，石墨烯未经α-Fe2O3的处理，其余步骤均同实施例1。
对比实施例3
相对于上述实施例1，改性聚酯的制备方法为：
(1)聚酯PJ002在100℃的真空干燥箱内干燥12小时后，真空干燥箱的温度升到130℃，继续干燥6小时，将聚酯中的水分基本除去最大程度避免其发生水解或降解；
(2)扩链剂TGIC和抗水解剂S-7000均在70℃的真空干燥箱内干燥12小时；
(3)将上述聚酯PJ002、扩链剂和抗水解剂按100：0.1：0.1的重量比混合并在挤出机中熔融共混(挤出机参数同实施例1中聚酯改性部分)，挤出试样经切粒后再干燥，备用，
其他步骤均同实施例1。
对上述各实施例、对比实施例的产品进行如下检测，结果如表1所示，
轴承的摩擦磨损性能测试：采用MPX-2000摩擦磨损试验机测试摩擦系数以及磨损率。
导热系数测试：采用DRL-Ⅲ导热系数测试仪进行测试，按照GB/T 3399《塑料导热系数试验方法，护热平板法》标准进行。
热变形温度测试：按照GB/T 1634-2004《塑料-负荷变形温度的测定》进行。
表1