本发明属于绝缘摩擦材料，尤其涉及一种聚酰亚胺基绝缘摩擦材料及其制备方法。
背景技术：
超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，由于超声电机通过摩擦界面输送动力，因而界面的摩擦特性对超声电机的整体性能发挥至关重要。目前超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料的磨损不可避免。因此，传统的提高超声电机摩擦材料耐磨性的最有效方法是加入碳纤维和石墨等润滑剂，对材料进行复合改性提高其机械性能和摩擦学性能。但此并不能适应于绝缘型摩擦材料的设计与制备。
因此，现亟需一种针对超声电机在航空航天领域对超声电机绝缘型摩擦材料的特殊需求，在不影响摩擦材料机械性能和摩擦学性能的前提下的绝缘型摩擦材料。
技术实现要素：
发明目的：本发明的第一目的是提供一种在绝缘的前提下具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率的复合材料；
本发明的第二目的是提供该复合的制备方法。
技术方案：本发明的聚酰亚胺基绝缘摩擦材料，按体积百分比包括：聚酰亚胺65.5-76％、玻璃纤维5-20％、聚四氟乙烯5-15％、二氧化硅0.5-3％、对位聚苯酚3-9％。
本发明通过采用聚酰亚胺、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二氧化硅及对位聚苯酚进行复合改性，制备的复合材料能够在绝缘的前提下具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，综合性能强。其中，选用机械强度、耐温性、耐磨性等综合性能较优的聚酰亚胺为基体，结合玻璃纤维进一步增强了该复合材料的力学性能，且能够与聚四氟乙烯和纳米氧化硅颗粒协同作用进一步提高聚酰亚胺的耐磨性；聚四氟乙烯作为良好的固体润滑剂和表面自由能调节剂，能够大大改善该复合材料的摩擦学性能；纳米二氧化硅颗粒能够与玻璃纤维和聚四氟乙烯复配产生协同效应，能够提高材料的表面硬度和强度，能够有效提高复合材料的抗承载能力；对位聚苯酚具有优越的耐温性及耐磨性，协同其余组分进行改性，有效调节该复合材料中聚合物的比例，进而有利于调节复合材料的硬度和耐温性。
进一步说，本发明采用的热塑性聚酰亚胺粒径为50-100μm。，采用该粒径范围内的聚酰亚胺提高了复合材料的稳定性，更利于制备时的模压成型。该聚酰亚胺优选可为单醚酐型或酮酐型，其中，单醚酐型的结构式为：
本发明制备聚酰亚胺基绝缘摩擦材料的方法，包括如下步骤：先按体积比将各原料分散于酒精中，搅拌、分散制得均匀粉料，随后将该粉料热压烧结1-3h，即可制得绝缘摩擦材料。
更进一步说，本发明制备该绝缘摩擦材料时，热压烧结的温度可为350-390℃，压力可为15-30mpa。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该聚酰亚胺基材料能够在确保完全绝缘的条件下，具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，且机械性能强，能够有效提高超声电机的使用寿命、可靠性，适于在高低温、大载荷等特殊环境下的使用要求；同时制备时只需采用典型的热压烧结法即可制备成型，工艺简单可靠，成本低。
附图说明
图1为本发明制备的绝缘摩擦材料与现有的非绝缘摩擦材料的摩擦系数对比图；
图2为本发明制备的绝缘摩擦材料与现有的非绝缘摩擦材料的磨损率对比图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明添加的聚酰亚胺购自上海合成树脂研究所；玻璃纤维购自江苏南京玻璃纤维研究院；聚四氟乙烯购自日本大金工业株式会社；二氧化硅颗粒购自sigma-aldrich西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；对位聚苯酚购自江苏国荣氟塑制品有限公司。
本发明采用的聚酰亚胺的粒径为50-100μm；玻璃纤维的直径为5-20μm，长度为20-50μm；聚四氟乙烯粒径为20-35μm；二氧化硅的粒径为20-50nm。
本发明所制得的材料摩擦学性能按照astmg132标准测试，具体条件如下：复合材料与磷青铜销以销盘对磨，压强为1mpa，滑动速度为0.5m/s，滑动距离为100m，摩擦系数和磨损率为三次测试的平均值。
实施例1
原料组分及含量：单醚酐型聚酰亚胺76％、玻璃纤维5％、聚四氟乙烯15％、二氧化硅1％及对位聚苯酚3％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在15mpa、350℃条件下热压烧结1h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺基复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.150，磨损率为0.81×10-6mm3/n.m。
实施例2
原料组分及含量：酮酐型聚酰亚胺68％，玻璃纤维10％，聚四氟乙烯15％，二氧化硅2％，对位聚苯酚5％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在20mpa、365℃条件下热压烧结2h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺基复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.166，磨损率为0.92×10-6mm3/n.m。
实施例3
原料组分及含量：单醚酐型聚酰亚胺65％，玻璃纤维15％，聚四氟乙烯10％，二氧化硅3％，对位聚苯酚7％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在25mpa、380℃条件下热压烧结2.5h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺基复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.172，磨损率为0.95×10-6mm3/n.m。
实施例4
原料组分及含量：酮酐型聚酰亚胺65.5％，玻璃纤维20％，聚四氟乙烯5％，二氧化硅0.5％，对位聚苯酚9％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在30mpa、390℃条件下热压烧结3h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.186，磨损率为1.18×10-6mm3/n.m。
将上述实施例制备的复合材料与现有的导电绝缘材料分别进行摩擦系数及磨损率对比，获得的结果如图1及图2所示。通过两图可知，本发明制备的复合材料的摩擦系数及磨损率均远低于现有的复合材料，由此可知，该复合材料在能够完全绝缘的条件下，依然具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，综合力学性能强。
对比例1
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料中不添加玻璃纤维，具体的原料及制备方法如下所示。
原料组分及含量：单醚酐型聚酰亚胺75％、聚四氟乙烯15％、二氧化硅1％及对位聚苯酚9％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在15mpa、350℃条件下热压烧结1h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺基复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.205，磨损率为7.38×10-6mm3/n.m。
将该对比例与实施例1的数据对比可知，添加玻璃纤维制备的复合材料的摩擦系数及磨损率均优于不添加玻璃纤维制备的复合材料，这是由于添加玻璃纤维能够进一步增强复合材料的力学性能，且能够与聚四氟乙烯和纳米氧化硅颗粒协同作用进一步提高聚酰亚胺的耐磨性，通过原料间复配产生协同效应，有效提高复合材料的综合力学性能。
对比例2
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料中不添加对位聚苯酚，具体的原料及制备方法如下所示。
原料组分及含量：单醚酐型聚酰亚胺75％、玻璃纤维9％、聚四氟乙烯15％及二氧化硅1％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在20mpa、375℃条件下热压烧结2h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺基复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.193，磨损率为6.24×10-6mm3/n.m。
将该对比例与实施例1的数据对比可知，添加对位聚苯酚制备的复合材料的摩擦系数及磨损率均优于不添加对位聚苯酚制备的复合材料，这是由于首先对位聚苯酚的加入能够与聚酰亚胺模塑粉均匀分散，起到调节硬度和耐温性的协同效果，其次其能够协同其余组分进行改性，有效调节该复合材料中聚合物的比例，提高复合材料的综合力学性能。
对比例3
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料的组分，具体如下所示。
原料组分及含量：酮酐型聚酰亚胺66％，玻璃纤维25％，聚四氟乙烯3％，二氧化硅5％，对位聚苯酚1％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在25mpa、385℃条件下热压烧结2h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.25，磨损率为1.32×10-5mm3/n.m。
对比例4
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料的组分，具体如下所示。
原料组分及含量：酮酐型聚酰亚胺68.8％，玻璃纤维3％，聚四氟乙烯18％，二氧化硅0.2％，对位聚苯酚10％。
制备方法包括如下步骤：
(1)将各组分按体积百分比分散于酒精中，机械搅拌的同时超声分散混合均匀，经抽滤、烘干、过筛后，制得粉料；
(2)将上述粉料在20mpa、380℃条件下热压烧结2h，自然冷却后即可制得该绝缘摩擦材料；
(3)制得的绝缘摩擦材料切片后供超声电机使用。
对该实施例制得的聚酰亚胺复合材料进行性能检测可知，其摩擦系数为0.11，磨损率为1.56×10-5mm3/n.m。
结合实施例1及对比例3和对比例4可知，采用本发明组分含量范围内的聚酰亚胺、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二氧化硅及对位聚苯酚复配制得的材料能够在完全绝缘的前提下具有稳定的摩擦系数和较低的磨损率，综合性能强。超出一定范围将导致材料过高或过低的摩擦系数，不能满足超声电机的使用要求；过高的磨损率将同样降低电机的使用寿命。这是因为每个组分的含量有各自适应的范围，当含量小于本发明范围内的某一值时，则制备的复合材料的效果不佳，而当组分含量高于本发明范围内的某一值时，则会相应的突出该组分的性能，弱化基体和其它填料的性能，使得制备的材料的综合性能不佳，且同时会使得制备困难，或增加复合材料的脆性，或降低其耐温性，最终将直接影响材料的摩擦磨损性能。