本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種由石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)的一類高分子聚合物，它具有優(yōu)良的力學(xué)、電氣、耐輻射、耐熱、耐低溫和耐磨等性能，于上世紀(jì)六十年代發(fā)展起來，已在航天航空、電子、精密機(jī)械等高端領(lǐng)域廣泛使用。

石墨烯( Graphene)于2004 年由英國曼切斯特大學(xué)物理和天文學(xué)系的安德烈·K·海姆(Andre Geim) 教授和科斯佳·諾沃謝洛夫(Kostya Novoselov) 研究員首次制備而成。其是sp2雜化碳原子緊密堆積成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。石墨烯具備優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、機(jī)械性能等綜合性能，在高性能電子器件、液晶器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、生物材料、氣體傳感器及能量儲(chǔ)存等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

多孔聚酰亞胺復(fù)合材料是以聚酰亞胺粉末為基材，通過粉末共混的方式制備復(fù)合粉料，采用特殊成型方式在復(fù)合材料內(nèi)部形成相互貫通的微孔，微孔內(nèi)氣體與基材的性能差異，使得多孔聚酰亞胺復(fù)合材料具有特殊性能，并廣泛應(yīng)用于隔音、隔熱、透析、多孔含油潤滑等領(lǐng)域。

石墨烯作為高性能功能化的填料，具有優(yōu)異的綜合性能。由于其自身極易團(tuán)聚，使用傳統(tǒng)的粉末共混方式很難實(shí)現(xiàn)良好分散，致使其改性復(fù)合材料性能不佳。通過添加石墨烯來提升改性多孔聚酰亞胺材料的綜合性能，解決其分散問題顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有的共混方式中石墨烯和聚合物之間分散性較差的問題，本發(fā)明提供一種由石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種由石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將石墨烯、聚酰亞胺粉末及自潤滑填料放置在110℃-130℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)；

步驟二、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.01-0.5%比例的偶聯(lián)劑稀釋溶液，并按質(zhì)量份數(shù)稱取0.05-2份干燥石墨烯加入到偶聯(lián)劑稀釋溶液中，于密閉環(huán)境下，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌12-24小時(shí)，形成石墨烯均相分散液；

步驟三、按質(zhì)量份數(shù)，稱取98-99.95份干燥后的聚酰亞胺粉末，加入到處理好的石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌4-8小時(shí)，并將溶劑去除，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物；再使用球磨機(jī)將其研磨并過篩，得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料；

步驟四、按質(zhì)量份數(shù)，稱取95-99份的石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料和1-5份的自潤滑填料，通過高速攪拌器將其均勻混合，制得石墨烯改性聚酰亞胺復(fù)合粉料；

步驟五、將步驟四中制得的復(fù)合粉料裝入到模具中，于120-180℃下預(yù)熱20-40min，然后，將其置于1-50Mpa壓力下壓制成型，保壓3-10min；最后，將成型的產(chǎn)品及模具放入燒結(jié)爐內(nèi)，控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以3-5℃/min的升溫速率升溫至350-375℃，保溫20-40min，之后，取出、自然冷卻至室溫，并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料。

所述的石墨烯為單層或多層，多層石墨烯層數(shù)為5-10。

所述的偶聯(lián)劑為HK550、HK560和HK570中的至少一種。

所述的偶聯(lián)劑稀釋溶液中，稀釋溶液為無水乙醇。

所述的自潤滑填料為聚四氟乙烯和二硫化鉬中的至少一種。

所述的燒結(jié)爐為旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的由石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，石墨烯與聚酰亞胺在高速攪拌的偶聯(lián)劑稀釋液中能夠充分分散、混合，克服了傳統(tǒng)粉末共混因石墨烯分散不好導(dǎo)致的復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性較差的問題；本發(fā)明制備的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料，其材料內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)，微孔均勻性有所提高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻，提高了多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的機(jī)械性能：強(qiáng)度性能提高了12-23%，摩擦系數(shù)降低了11-19%，磨損量降低了18-48%；在添加石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05-2%的條件下，能夠提高多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)：熱傳導(dǎo)系數(shù)與未改性復(fù)合材料相比較提高了13-65%；本發(fā)明成本低廉，易于操作，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為500倍下聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合材料微觀形貌；

圖2為1500倍下聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合材料微觀形貌；

圖3為500倍下石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合材料微觀形貌；

圖4為1500倍下石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合材料微觀形貌。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。

如圖所示：一種由石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將石墨烯、聚酰亞胺粉末及自潤滑填料放置在110℃-130℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)；

步驟二、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.01-0.5%比例的偶聯(lián)劑稀釋溶液，并按質(zhì)量份數(shù)稱取0.05-2份干燥石墨烯加入到偶聯(lián)劑稀釋溶液中，于密閉環(huán)境下，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌12-24小時(shí)，形成石墨烯均相分散液；

步驟三、按質(zhì)量份數(shù)，稱取98-99.95份干燥后的聚酰亞胺粉末，加入到處理好的石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌4-8小時(shí)，并將溶劑去除，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物；再使用球磨機(jī)將其研磨并過篩，得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料；

步驟四、按質(zhì)量份數(shù)，稱取95-99份的石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料和1-5份的自潤滑填料，通過高速攪拌器將其均勻混合，制得石墨烯改性聚酰亞胺復(fù)合粉料；

步驟五、將步驟四中制得的復(fù)合粉料裝入到模具中，于120-180℃下預(yù)熱20-40min，然后，將其置于1-50Mpa壓力下壓制成型，保壓3-10min；最后，將成型的產(chǎn)品及模具放入燒結(jié)爐內(nèi)，控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以3-5℃/min的升溫速率升溫至350-375℃，保溫20-40min，之后，取出、自然冷卻至室溫，并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性的多孔聚酰亞胺復(fù)合材料。

實(shí)施案例1

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.01%的HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加0.1份石墨烯到HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌12小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加99.9份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取3份聚四氟乙烯自潤滑填料和97份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于150℃下預(yù)熱30min，并40Mpa壓力下壓制成型，保壓8min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)，控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以3℃/min的升溫速率升溫至350℃，保溫30min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料。其中，強(qiáng)度性能提高了19%，摩擦系數(shù)降低了13%，磨損量降低了23%，導(dǎo)熱性能提升了26%。

實(shí)施案例2

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.01%的HK560偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加0.05份石墨烯到HK560偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌24小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加99.95份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取5份聚四氟乙烯自潤滑填料和95份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于120℃下預(yù)熱40min，并1Mpa壓力下壓制成型，保壓10min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以3℃/min的升溫速率升溫至375℃，保溫20min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了16%，摩擦系數(shù)降低了11%，磨損量降低了18%，導(dǎo)熱性能提升了13%。

實(shí)施案例3

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.5%的HK570偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加2份石墨烯到HK570偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌16小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加98份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌4小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取1份聚四氟乙烯自潤滑填料和99份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于180℃下預(yù)熱20min，并50Mpa壓力下壓制成型，保壓3min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以5℃/min的升溫速率升溫至355℃，保溫25min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了12%，摩擦系數(shù)降低了18%，磨損量降低了48%，導(dǎo)熱性能提升了65%。

實(shí)施案例4

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.5%的HK560偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加1份石墨烯到HK560偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌14小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加99份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌6小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取4份聚四氟乙烯自潤滑填料和95份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于170℃下預(yù)熱30min，并30Mpa壓力下壓制成型，保壓5min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以5℃/min的升溫速率升溫至370℃，保溫20min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了23%，摩擦系數(shù)降低了13%，磨損量降低了27%，導(dǎo)熱性能提升了45%。

實(shí)施案例5

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.1%的HK560偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加1.5份石墨烯到HK560偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌15小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加98.5份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取5份聚四氟乙烯自潤滑填料和95份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于170℃下預(yù)熱30min，并15Mpa壓力下壓制成型，保壓5min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以5℃/min的升溫速率升溫至375℃，保溫40min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了15%，摩擦系數(shù)降低了16%，磨損量降低了34%，導(dǎo)熱性能提升了48%。

實(shí)施案例6

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.2%的HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加1.5份石墨烯到HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌15小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加98.5份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取5份聚四氟乙烯自潤滑填料和95份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于170℃下預(yù)熱35min，并15Mpa壓力下壓制成型，保壓5min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以5℃/min的升溫速率升溫至375℃，保溫25min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了17%，摩擦系數(shù)降低了18%，磨損量降低了37%，導(dǎo)熱性能提升了53%。

實(shí)施案例7

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.2%的HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加1.5份石墨烯到HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌15小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加98.5份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取5份聚四氟乙烯自潤滑填料和95份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于170℃下預(yù)熱35min，并25Mpa壓力下壓制成型，保壓5min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以5℃/min的升溫速率升溫至365℃，保溫25min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了18%，摩擦系數(shù)降低了19%，磨損量降低了44%，導(dǎo)熱性能提升了59%。

實(shí)施案例8

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，配制0.2%的HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液，按質(zhì)量份數(shù)添加1份石墨烯到HK550偶聯(lián)劑稀釋溶液中，在高速攪拌機(jī)中以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌17小時(shí)，制得石墨烯均相分散液。然后，添加99份聚酰亞胺粉末到石墨烯均相分散液中，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌4小時(shí)，并不斷除去無水乙醇溶劑，得到石墨烯/聚酰亞胺混合物，再使用球磨機(jī)研磨并過篩，即得到石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。最后，取5份聚四氟乙烯自潤滑填料和95份石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料，使用高速攪拌器攪拌均勻，即得到石墨烯改性的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料。將制得的石墨烯改性聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合粉料裝入到模具中，于170℃下預(yù)熱25min，并5Mpa壓力下壓制成型，保壓5min。將壓制成型的產(chǎn)品（含模具）置于旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)式燒結(jié)爐內(nèi)控制燒結(jié)爐內(nèi)溫度以5℃/min的升溫速率升溫至375℃，保溫35min，之后，取出、自然冷卻至室溫、并進(jìn)行脫模，得到石墨烯改性多孔聚酰亞胺復(fù)合材料；其中，強(qiáng)度性能提高了19%，摩擦系數(shù)降低了14%，磨損量降低了26%，導(dǎo)熱性能提升了37%。

以上公開的僅為本申請的幾個(gè)具體實(shí)施案例，但并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所做的改動(dòng)與潤飾，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。