专利名称：自润滑有机无机复合纳米薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合纳米薄膜及其制备方法，特别涉及一种自润滑有机无机复合纳米薄膜及其制备方法。
背景技术：
纳米薄膜具有独特的结构与功能，近年来受到越来越多的关注。中国专利CN1301277A报道了用水溶性前体制备纳米模具和纳米薄膜的方法，制得的纳米模具和纳米薄膜具有良好的光学性能。在运动部件的间隙十分微小的情况下，传统的厚膜润滑方式已不再适用，而纳米薄膜具有优异的降低摩擦和减小或防止磨损等功能，在许多微小机械部件具有潜在的重要应用前景。研究和发展微系统用纳米润滑防护薄膜是今后和将来一段时期内摩擦学与化学物理领域的重要前沿课题，发展超薄润滑膜和有机无机复合纳米薄膜，可为解决航天、先进制造、微系统等相关微小尺度下运动部件的润滑问题提供理论基础与技术保障；为此，Yunxia Chen等研究了二氧化钛陶瓷纳米薄膜的制备及摩擦学性能(MaterialsResearch Bulletin，2001，36(15)2605-2612)，在一定条件下二氧化钛薄膜具有减摩抗磨性能。高水英等则研究了分子沉积聚合物膜的制备及其摩擦学性能(化学物理学报，2002，15(2)132-136)，聚合物纳米超薄膜可降低单晶硅/钢摩擦副的摩擦系数。这些都未涉及有关在环氧树脂、聚醚酰亚胺、羧基液体丁腈复合体系中原位生成纳米二氧化硅、二氧化钛制备有机无机复合纳米薄膜的研究与应用报道；而从结构组成上考察此纳米薄膜的摩擦学特性也未见文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自润滑有机无机复合纳米薄膜及其制备方法。
本发明通过如下措施来实现一种自润滑有机无机复合纳米薄膜，其特征在于材料按重量份数由环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶10-30份、聚醚酰亚胺1-20份、无机纳米1-30份、偶联剂0.1-3份、固化剂10-40份组成。
环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基的树脂。
羧基液体丁腈橡胶中丙烯腈含量26.9-28.3％，分子量2000-4000。
无机纳米选用纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的两种或三种。
本发明的偶联剂选用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
本发明采用的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝的粒径10-50nm。
固化剂为二胺基二苯砜或二胺基二苯甲烷。
本发明以环氧树脂作为纳米薄膜基体，羧基液体丁腈橡胶、聚醚酰亚胺可改善复合薄膜的物理机械性能。原位生成的无机纳米微粒用以改善纳米薄膜的粘结强度及摩擦磨损性能。
自润滑纳米薄膜的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤A.将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶10-30份、聚醚酰亚胺1-20份和有机混合溶剂100-400份搅拌或超声混合均匀，加入偶联剂0.1-3份；B.将纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝溶胶中的两种或三种在剧烈搅拌或超声下加入聚合物复合体系中(A)，搅拌或超声1-2小时；C.加入固化剂10-40份，采用浸渍-提拉法、旋涂法或喷涂法成膜。涂制的膜在40-100℃干燥15分钟，然后以5-10℃/分钟升温至120-200℃，保温3-8小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
本发明所用的有机溶剂为二甲基甲酰胺、丁酮、甲苯、丙酮、四氢呋喃的混合液；其组成(重量百分含量)为二甲基甲酰胺5-35％，丁酮15-25％、甲苯10-35％、丙酮5-35％、四氢呋喃10-25％。
本发明有机无机复合纳米薄膜的主要性能指标如下1.外观均匀、光滑平整2.厚度＜200nm3.摩擦系数＜0.284.耐磨损寿命30次滑动/10nm摩擦磨损实验条件在DF-PM型静动摩擦实验机上进行，采用单向运动模式，薄膜与钢球(φ3，GCr15)的接触形式为球-盘接触，滑动速度90毫米/分钟，单向行程为12毫米，法向负荷为2牛顿。
本发明与现有技术相比，具有如下实质性优点本发明纳米薄膜中无机纳米微粒由原位生成，尺寸在纳米级且均匀分散，用以改善纳米薄膜的粘结强度及摩擦磨损性能；改性剂的加入，在改善薄膜材料物理机械性能的同时，可提高薄膜材料的摩擦磨损性能；可作干摩擦条件下微系统用纳米润滑防护薄膜，同时由于复合薄膜材料的耐热性好，生产工艺简单，可广泛用于航空航天、机械化工、医疗家电等领域微系统零部件及运动部件的润滑与防护。
具体实施例方式
实施例1将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶15份、聚醚酰亚胺10份和有机溶剂300份搅拌混合均匀，加入偶联剂2份；将事先制好的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅溶胶10份在剧烈搅拌下加入聚合物复合体系中，搅拌1小时；加入固化剂25份，采用浸渍-提拉法成膜。涂制的膜在50℃干燥15分钟，然后以6℃/分钟升温至160℃，保温8小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
实施例2将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶20份、聚醚酰亚胺10份和有机溶剂250份超声混合均匀，加入偶联剂1份；将事先制好的纳米二氧化钛、纳米氧化铝溶胶5份在剧烈搅拌下加入聚合物复合体系中，搅拌1小时；加入固化剂30份，采用旋涂法成膜。涂制的膜在60℃干燥15分钟，然后以5℃/分钟升温至160℃，保温7小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
实施例3将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶30份、聚醚酰亚胺15份和有机溶剂400份超声混合均匀，加入偶联剂3份；将事先制好的纳米氧化铝、纳米二氧化硅溶胶30份在剧烈搅拌下加入聚合物复合体系中，搅拌2小时；加入固化剂35份，采用喷涂法成膜。涂制的膜在70℃干燥15分钟，然后以8℃/分钟升温至170℃，保温8小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
实施例4将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶20份、聚醚酰亚胺20份和有机溶剂400份超声混合均匀，加入偶联剂2份；将事先制好的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅溶胶20份在剧烈搅拌下加入聚合物复合体系中，搅拌1小时；加入固化剂15份，采用浸渍-提拉法成膜。涂制的膜在80℃干燥15分钟，然后以10℃/分钟升温至175℃，保温6小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
实施例5将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶20份、聚醚酰亚胺10份和有机溶剂400份超声混合均匀，加入偶联剂1.5份；将事先制好的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝溶胶20份在剧烈搅拌下加入聚合物复合体系中，搅拌1小时；加入固化剂30份，采用旋涂法成膜。涂制的膜在60℃干燥15分钟，然后以5℃/分钟升温至160℃，保温8小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
权利要求
1.一种自润滑有机无机复合纳米薄膜，其特征在于材料按重量份数由环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶10-30份、聚醚酰亚胺1-20份、无机纳米1-30份、偶联剂0.1-3份、固化剂10-40份组成。
2.如权利要求1所说的纳米薄膜材料，其特征在于环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基的树脂。
3.如权利要求1所说的纳米薄膜材料，其特征在于羧基液体丁腈橡胶中丙烯腈含量26.9-28.3％，分子量2000-4000。
4.如权利要求1所说的纳米薄膜材料，其特征在于无机纳米选用纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的两种或三种。
5.如权利要求4所说的纳米薄膜材料，其特征在于纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝的粒径10-50nm。
6.如权利要求1所说的纳米薄膜材料，其特征在于偶联剂为本发明的偶联剂选用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
7.如权利要求1所说的纳米薄膜材料，其特征在于固化剂为二胺基二苯砜或二胺基二苯甲烷。
8.一种自润滑有机无机复合纳米薄膜材料的制备方法，该方法依次包括以下步骤A.将环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶10-30份、聚醚酰亚胺1-20份和有机混合溶剂100-400份搅拌或超声混合均匀，加入偶联剂0.1-3份；B.将纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化铝溶胶中的两种或三种在剧烈搅拌或超声下加入聚合物复合体系中(A)，搅拌或超声1-2小时；C.加入固化剂10-40份，采用浸渍-提拉法、旋涂法或喷涂法成膜。涂制的膜在40-100℃干燥15分钟，然后以5-10℃/分钟升温至120-200℃，保温3-8小时，最后自然冷却至室温，制得有机无机纳米复合薄膜。
9.如权利要求8所说的方法，其特征在于有机混合溶剂的重量百分含量组成为二甲基甲酰胺5-35％，丁酮15-25％、甲苯10-35％、丙酮5-35％、四氢呋喃10-25％。
全文摘要
本发明涉及一种复合纳米薄膜及其制备方法,特别涉及一种自润滑有机无机复合纳米薄膜及其制备方法。纳米薄膜按重量份数由环氧树脂100份、羧基液体丁腈橡胶10－30份、聚醚酰亚胺1－20份、无机纳米1－30份、偶联剂0.1－3份、固化剂10－40份组成。薄膜材料适用于干摩擦条件下微系统用纳米润滑防护薄膜,可广泛用于航空航天、机械化工、医疗家电等领域微系统零部件及运动部件的润滑与防护。
文档编号C08L63/00GK1422897SQ0215831
公开日2003年6月11日 申请日期2002年12月19日 优先权日2002年12月19日
发明者薛群基, 蔡辉, 阎逢元, 刘维民, 陈建敏 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所