一种织构化聚醚醚酮/聚酰亚胺复合薄膜的仿生制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于聚合物基复合材料的仿生表面制备技术领域，具体涉及一种具有优异 摩擦学表现的织构化聚醚醚酮/聚酰亚胺复合薄膜及仿生制备方法，该方法有望应用于机 械摩擦磨损、医学、生物等重要领域。
【背景技术】
[0002] 聚醚醚酮（PEEK)是一种全芳香族半结晶热塑性聚合物，作为高性能复合材料的基 体，具有优异的机械性能及耐热和耐化学性能，在工程中得到广泛应用，因此成为倍受欢迎 的耐磨减摩材料；然而，由于其合成工艺较为复杂，成本较高，尤其是摩擦因数偏大，从而限 制了它的应用，因此需要对聚醚醚酮进行改性以提高其摩擦学性能；聚酰亚胺通常是指在 分子主链上含有酰亚胺基团的一类特殊的聚合物材料，作为高性能复合材料的基体，其结 构主链中通常含有五元杂环单元，使其表现出非常特殊的性能，在耐高温、耐低温、抗辐射、 阻燃、自润滑和微电子等高新技术领域中应用非常广泛，使之成为当今最热门的高性能工 程塑料之一；聚酰亚胺具有出众的滑动特性，其作为自润滑耐磨材料应用于航空航天、汽车 工业、电子电气和医疗器械等领域；鉴于此，利用聚酰亚胺与聚醚醚酮两者协同作用来共同 改善复合薄膜的力学性能和摩擦学性能。
[0003] 目前，国内外的研究者利用碳纤维、玻璃纤维、氧化石墨烯，碳纳米管，二硫化钥和 聚四氟乙烯等填料进行共混、填充等来增强改性聚酰亚胺或聚醚醚酮，但是仍然难以满足 高精度、高载荷、耐热、耐腐蚀和耐磨损的要求；表面织构，即在表面加工制备出具有一定 尺寸和排列的凹坑、凹痕、凸包或微小沟槽等图案阵列；织构化中的仿生微结构是高性能摩 擦副润滑表面研究的重要内容；织构化可以改变表面形貌，进而影响到摩擦副表面的接触 状态和润滑状态；因此织构化后的表面形貌可显著改善摩擦副表面的摩擦磨损性能，延长 其使用寿命，对节约能源、保护环境有着重要的意义；伴随着表面织构化日益成为研究的热 点，制备织构化表面的技术和方法也日益增加，主要包括：化学刻蚀，溶胶-凝胶法，电化学 反应和电化学沉积和自组装法及其他一些方法；但这些方法存在成本高、工艺复杂、仪器昂 贵等缺点；目前，自然界中各种功能独特的植物叶片表面为仿生摩擦学提供了丰富的构形 资源；探索将生物直接用于仿生功能表面制造，最直接的方式是对生物表面进行复制，最 大程度的逼真或逼近于生物原型，这样可以解决现有传统制造手段面临的瓶颈问题，进一 步拓展仿生制备科学的范畴；目前，将仿生表面制备技术与聚酰亚胺及聚醚醚酮两种高性 能聚合物协同作用相结合的研究还未见报道。
【发明内容】
[0004] 本发明从提高材料的摩擦学性能的角度出发，利用植物叶片所具有的的微/纳结 构，通过聚醚醚酮/聚酰亚胺复合材料成膜液仿生复制植物叶片表面，制备出了一种具有 优异摩擦学表现的织构化聚醚醚酮/聚酰亚胺复合薄膜材料；由这种仿生织构化方法所 获得的聚醚醚酮/聚酰亚胺复合薄膜材料具备优异的摩擦学性能，有望应用于机械摩擦磨 损、医学、生物等重要领域。
[0005] 本发明提供一种织构化聚醚醚酮/聚酰亚胺复合薄膜的仿生制备方法，具体步骤 如下： (1)在一定温度条件下，将一定比例的聚醚醚酮和聚酰亚胺粉体在有机溶剂中混合，机 械搅拌，得到聚醚醚酮/聚酰亚胺复合材料成膜液。
[0006] (2)将上述成膜液慢慢流延在固定有植物叶片的模具上，再将上述模具放入烘箱 中烘干处理，即获得织构化聚醚醚酮/聚酰亚胺复合薄膜。
[0007] 步骤（1)中所述的在一定温度条件下是指在100°C _200°C之间的温度条件下。
[0008] 步骤（1)中所述的一定比例是指聚醚醚酮与聚酰亚胺质量比为1:9-9:1 ;优选 1:9。
[0009] 步骤（1)中所述的有机溶剂是N，N'-二甲基甲酰胺、N，N'-二甲基乙酰胺、 N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。 步骤（1)中机械搅拌的时间为6-1 Oh。
[0010] 步骤（1)中所述的聚醚醚酮/聚酰亚胺复合材料成膜液的固含量为40-60%. 步骤（2)中所述的将上述成膜液慢慢流延在固定有植物叶片的模具上指：将植物叶片 置于玻璃板上，叶片的周围用载玻片固定住，再将上述成膜液慢慢流延在固定有植物叶片 的玻璃板上，用金属刮板刮涂均匀。
[0011] 步骤（2)中所述的植物叶片包括但不限于纹路清晰的竹叶、梧桐树叶、荷叶、棕榈 树叶或芭蕉树叶。
[0012] 本发明所述的自制模具的结构示意图如图1所示。
[0013] 步骤（2)中所述的烘干处理指在100°C _200°C的温度下烘干4_8h。
[0014] 本发明制备的聚醚醚酮/聚酰亚胺织构化复合薄膜材料，解决了其他制备方法中 成本高、工艺复杂、仪器昂贵等缺点，制备方法工艺简单，操作方便；在聚醚醚酮/聚酰亚胺 复合薄膜材料表面实现织构化，使其在机械摩擦磨损、医学、生物等重要领域有广泛应用。
【附图说明】
[0015] 图1为自制模具的结构示意图，其中1为金属刮板，2为玻璃板，3为载玻片。
[0016] 图2为PEEK薄膜（a)，PEEK/PI薄膜（b)，竹叶表面的微纳结构（c)，复制竹叶表 面微纳结构的织构化PEEK/PI=l:9(d)和PEEK/PI=9:l(e)薄膜材料.从图中可以看出，未 织构化PEEK和PEEK/PI薄膜表面很光滑，但是织构化后表面成为非光滑表面，同时可以看 出竹叶表面的微纳结构被成功的复制在复合薄膜表面上。
[0017] 图3为未织构化PI、PEEK/PI薄膜和织构化后的不同比例的PEEK/PI薄膜的摩擦 系数。从图中可以看出，未织构化PEEK/PI薄膜的摩擦系数是要低于未织构化PI的摩擦系 数的，而织构化后的PEEK/PI薄膜的摩擦系数明显降低并且在PEEK/PI=1:9的比例是最低 的。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1 (1)在KKTC条件下，将聚醚醚酮和聚酰亚胺粉体按质量比1:1的比例在N，K -二 甲基甲