一种改性还原氧化石墨烯/纳米氧化铝复合材料改性PI耐磨薄膜的制备方法

一种改性还原氧化石墨烯/纳米氧化铝复合材料改性pi耐磨薄膜的制备方法
技术领域
1.本发明属于聚酰亚胺与石墨烯及纳米材料合成技术领域，特别涉及一种聚酰亚胺通过添加rgo/al2o3复合材料获得耐磨薄膜的制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着科技的快速发展，对耐磨材料性能的要求越来越高。耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用。开发和改进现有耐磨材料的制备技术和加工工艺，是一种改善耐磨材料性能行之有效的方法。在这一过程中，发现聚酰亚胺（pi）是综合性能最佳的有机高分子材料之一，其耐高温达400℃以上。聚酰亚胺（pi）又具有优良的机械性能，被广泛应用于航空航天，医疗器械等领域。
3.氧化石墨烯由于其本身具备力学性好、耐热性高、导电等性能，成为国内外新型纳米材料研究的热点。氧化石墨烯表面含有大量羟基（-oh）、羧基（-cooh）、环氧基（-ch(o)-ch-）等极性基团，可使相邻层交联以改进单片间的力学相互作用，进而改变材料的物理性能。它是一种聚酰亚胺理想的增强体，具备很大的应用潜力。石墨烯与高分子树脂之间的高比表面积和强附着力，能增强复合材料的各方面性能，使其具有多种优异的性能。
4.纳米介孔γ—al2o3颗粒呈棒状，将其加到改性后的rgo中，能明显提高rgo的力学性能和硬度。将二者的复合物填充到聚酰亚胺基体中，对纯聚酰亚胺的机械学性能会有明显的改善。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于在以聚酰亚胺为基体的基础上，通过加入改性还原氧化石墨烯与纳米氧化铝的复合材料，提高其摩擦磨损等机械性能。首先用改进的hummers方法制得氧化石墨烯，然后加入硅烷偶联剂在高温条件下使其改性，在此基础上通过高温环境得到氧化石墨烯与纳米氧化铝的复合物。将所得复合物冷冻干燥后通过超声分散至所配制的聚酰亚胺基体中，获得稳定的分散溶液。将所得溶液通过烧结制成试样，获得薄膜。
6.本发明制备的耐磨薄膜相对于纯聚酰亚胺，在摩擦磨损性能方面有显著改善和提升。将还原氧化石墨烯通过硅烷偶联剂处理后能有效改善其表面活性，在加入介孔γ—al2o3颗粒后，使其两种物质能充分结合；将复合材料加入聚酰亚胺中，通过烧结得到的薄膜，相较于纯聚酰亚胺的疲劳磨损而言，其具有更优异的机械性能，有效的降低了摩擦系数和磨损率。
附图说明
7.图1为本发明制备的纳米氧化铝负载改性还原氧化石墨烯复合材料的xrd图片。
8.图2为本发明制备的改性还原氧化石墨烯的sem图片。
9.图3为本发明制备的纳米氧化铝负载改性还原氧化石墨烯复合材料的sem图片。
10.图4为本发明制备的纳米氧化铝占比分别在0%、0.25%、0.5%、1%、1.5%、2.0%下的复合涂层在载荷为100n下的摩擦系数图。
11.图5为本发明制备的纳米氧化铝占比分别在0%、0.25%、0.5%、1%、1.5%、2.0%下的复合涂层在载荷为100n下的磨损率图。
12.具体实施方式：下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
13.实施例1通过改进的hummers方法制备氧化石墨烯（go）,并将0.5g的氧化石墨烯分散在150ml n.n-二甲基甲酰胺（dmf）中，超声处理8h得到棕黑色溶液；然后加入5g的硅烷偶联剂（aps），将其置于油浴锅在100℃的高温下搅拌8h。搅拌结束后，用无水乙醇清洗溶液数次并抽滤，以除去其中多余的aps和其他杂质。将清洗后所得的go/aps固体溶解到无水乙醇中，并通过超声使其均匀分散，得到分散液a。
14.将1.8756g九水合硝酸铝（al2o3·
9h2o）固体溶解在70ml去离子水中，磁搅拌1h，使其完全溶解，得到溶液b。
15.取1.5g的六次甲基四胺（c6h
12
n4）沉淀剂，分批加到溶液b，继续搅拌2h，得到溶液c。
16.将溶液c转移到100ml的聚四氟乙烯内衬高压釜中，放入150℃的烘箱中静置24h。冷却到室温得到白色胶装液体，用去离子水和无水乙醇溶液洗涤数次后放到60℃的烘箱里烘干，然后将烘干产物放到研磨钵中进行研磨，将研磨的粉末放入气氛炉中以3℃/min的加热速度上升到550℃/min进一步煅烧5h，得到介孔γ—al2o3粉末d。
17.将0.25g的纳米介孔γ—al2o3粉末d分散至无水乙醇溶液中并低速离心后，取用上清液以除去大颗粒得到均匀分散液e。
18.将分散液a与分散液e混合后，加入少量水和乙酸以调节反应溶液的ph值并促进aps的水解，并将混合物置于80℃下搅拌6小时得到产物f。
19.冷冻干燥：将产物f先放入冷冻箱内冷冻，之后再将其放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥两天即制得黑色絮状改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料。
20.实施例2将4,4'-联苯醚二酐（odpa）、纳迪克酸酐（na）和4,4-二氨基二苯醚（oda）称取相应的配比加入到适量极性溶剂中（n-甲基吡咯烷酮）中搅拌均匀直到变为透明液体，得到热固型聚酰亚胺。
21.将实施例1所制改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料加入聚酰亚胺内（复合物与聚酰亚胺的比例为2:1000）,并超声分散获得均匀的粘稠溶液。通过烧结获得复合物耐磨薄膜。将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验，得到其摩擦系数、磨损率。
22.实施例3将实施例1所制改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料加入聚酰亚胺内（复合物与聚酰亚胺的比例为4:1000）,并超声分散获得均匀的粘稠溶液。通过烧结获得复合物耐磨薄膜。将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验，得到其摩
擦系数、磨损率。
23.实施例4将实施例1所制改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料加入聚酰亚胺内（复合物与聚酰亚胺的比例为6:1000）,并超声分散获得均匀的粘稠溶液。通过烧结获得复合物耐磨薄膜。将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验，得到其摩擦系数、磨损率。
24.实施例5将实施例1所制改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料加入聚酰亚胺内（复合物与聚酰亚胺的比例为8:1000）,并超声分散获得均匀的粘稠溶液。通过烧结获得复合物耐磨薄膜。将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验，得到其摩擦系数、磨损率。
25.实施例6将实施例1所制改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料加入聚酰亚胺内（复合物与聚酰亚胺的比例为10:1000）,并超声分散获得均匀的粘稠溶液。通过烧结获得复合物耐磨薄膜。将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验，得到其摩擦系数、磨损率。
26.实施例7将实施例1所制改性还原氧化石墨烯/纳米介孔γ—al2o3复合材料加入聚酰亚胺内（复合物与聚酰亚胺的比例为20:1000）,并超声分散获得均匀的粘稠溶液。通过烧结获得复合物耐磨薄膜。将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验，得到其摩擦系数、磨损率。
27.对照组：对照组为纯聚酰亚胺的摩擦磨损性能研究纯聚酰亚胺的摩擦磨损性能研究，包括以下步骤：
①
热固型聚酰亚胺的合成
ꢀ②
薄膜的烧结固化
ꢀ③
摩擦磨损性能试验纯热固型聚酰亚胺的制备为将4,4'-联苯醚二酐（odpa）、纳迪克酸酐（na）和4,4-二氨基二苯醚（oda）称取相应的配比加入到适量极性溶剂中（n-甲基吡咯烷酮）中搅拌均匀直到变为透明液体，并在室温下超声3～6小时使其分散均匀，得到热固型聚酰亚胺。
28.薄膜的烧结固化为将分散好的复合材料液体通过阶梯升温进行烧结，得到耐磨薄膜。
29.摩擦磨损性能试验：将所得耐磨薄膜摩擦试样，在m-200摩擦实验机进行摩擦学试验。