凹凸棒土增强聚醚酰亚胺密封材料的研制及应用

能， 可满足 复杂工 况条件 对 密封材 料性 能 的要 求 。
１ 实验部 分
９ ０～１０ｍ ｎ 滤去 上层 溶液 ， ２ ｉ， 离心分 离 （ ０ ０ｒｍ ｎ ４０ ｉ， ／ ５ｒ ｎ 次 ） ｉ／ 去除溶 剂 ， 蒸 馏 水 反 复 洗 涤多 次 后 ， ａ 用 在
１ １ 原材料 ．
／｛ ， ／
＾
Ｕ
在玻璃 纤 维 等 填 料 添 加 量 相 同条 件 下 ， 加 添
３ Ａ ％ Ｔ前后 的 Ｐ Ｉ 合 材 料 的 主要 性 能 及 与 美 国 Ｅ复
Ｇ Ｅ公 司 的玻 璃 纤 维 增 强 Ｐ Ｉ 压 料 Ｕ ｅ 一２ ０ Ｅ模 ｈｍ １０
３０ ５０
２ ０ ５ ０
ｌ ２
电热炉 内升温 到 ３ ０ ， 温 １ｈ 快速 取 出模具 ， ５℃ 保 ； 放
【 — Ｌ — — ｌ —
在 液压 机 中 ， 加压 力 ２ Ｐ 保 压 １２ｈ再 降温 至 施 ４Ｍ ａ ． ， １０Ｃ， ２ ￣ 脱模 即得到 复合材 料模 压件 。
１ ４ 性 能 测 试 ．
杂 工 况 务件 对 密封 材 料 性 能 的要 求 ， 速 轴 承应 用 试 验显 示 了 良好 的 密封 效 果 。 高
关键词 凹 凸棒 土 聚醚酰亚胺 复合材料 密 封
目前 ， 聚酰亚胺 （ Ｉ凭借 其 优 异 的高 温 稳定 性 Ｐ）
和力学性 能 而广 泛 用 于 高 档 密封 件 制 造 领 域 ¨ ２ ， Ｉ］ 聚醚酰亚 胺 （ Ｅ ） Ｐ Ｉ 是一 类新 型 的 Ｐ ， 塑性 能好 ， Ｉ热 但 Ｐ Ｉ 成 中为获得 热塑 性改 善而 引 入 的柔 性 或线 性 Ｅ合 链 段结构 可导致 材 料 部 分强 度 及 耐 高 温性 能 下 降 ，
真空 干燥箱 中于 １０ ２ ℃烘 干数 小 时 ， 碎 ， ７ ｍ 粉 过 ５Ｉ ｘ
Ｐ Ｉ ：５ ｍ（０目） 常熟市 电工复合材料 Ｅ 粉 ２０ ６ ，
厂；
一
（０ ２０目） ， 筛 即得改性 Ａ 。 Ｔ
（ ）Ｅ／ Ｔ复合材 料 的制备 ２ Ｐ ＩＡ 采 用 聚合 物 直接熔 融法制 备增 强复 合材料 。将
Ｍ
．
ｌ Ｌ
、＾ Ｌｌ ｇｓ
１０ ２０
呈 Ｏｌ ！ ｓ
城
８０ ０ ４ ０ ０
０
拉伸强 度按 Ｇ ／ ０ ０—１９ Ｂ Ｔ１４ ９ ２测试 ； 弯 曲强 度按 Ｇ ０ ２—１７ Ｂ １４ ９ ９测 试 ； 硬 度按 Ｇ ／ ３ ２—１ ８ Ｂ Ｔ９ ４ ９ ８测试 ；
示。
摩擦 系数 磨损／ ｇ ｍ
Ｏ ３ ．３ ３３ ．
０ １ ．３ ２５ ．
０２ ．０ ）
≤Ｏ ３ ．９ ≤３ ６ ．
注 ：） 测值 ；） 献 报 道 值 ； ） 封 件 厂 提 供 ； 未 填 充 玻 璃 １实 ２文 ３ 密 ４）
由图 ２可 以看 出 ， Ｈ ５ Ｋ ５ ０改 性前 Ａ Ｔ中无 Ｎ 元
金 黎 明 ， ： 凸棒 土 增 强 聚 醚 酰 亚胺 密 封 材 料 的研 制 及 应 用 等 凹
５１
凹 凸棒 土 增 强 聚 醚 酰 亚 胺 密 封 材 料 的 研 制 及 应 用
金 黎明 许铁 军 程 剑靓 张 丽霞 金青哲
２４ ２ １４１ ）
（ 暨 市 铭 洲机 械 有 限 公 司 ， 暨 诸 诸 ３ １０ ） （ １８ｏ 江南大学油脂 化学研究室 ， 无锡
美 国 Ｔ ｅ —Ｅｅｔ ｎ公 司 ； ｈｒ ｍｏ ｌｃ ｏ ｒ
小 型高温 电热 炉 ： 州康诺 医药 机械公 司 ； 广
四柱 液压 机 ： ３ ４ Ｙ ２— ０型 ， 武汉 中机机 电设备 有
限公 司 。
１ ３ 试样 制备 ．
材 料 。结 果表 明 ， 加 适 量 Ａ 添 Ｔ可 有 效 提 高 材 料 的 热 分解温 度 ， 降低摩 损 ， 这类 复合 材料在 密封件 制 但
２ 结果 与讨 论 ２１ Ａ ． Ｔ的表 面改性
的综合 性能 ， 满足 制 造 耐 热 、 耐磨 损 、 疲 劳 的 高精 抗 度密封 件 的需要 ， 一 方 面也 可 以有效 地 降低 材料 另
成本 。
对不同 Ａ Ｔ添加 量 的 Ｐ Ｉ Ｅ 复合 材料 进行 Ｔ Ｍ检 Ｅ
测 ，Ｅ 照 片显示 ， ＴＭ 当添加 量 小 于 ３ 时 ， Ｔ在 Ｐ Ｉ ％ Ａ Ｅ 基 体 中分散 良好 ， 于 ３ 时 则 有 少 量 团 聚 ， 大 ％ 因此 ， 适 宜 添加 量 为 ３ 以下 。Ｓ Ｍ 照 片 显示 ， 时复 合 ％ Ｅ 此 材料 冲击 断 面界 面粘 结 良好 ， 明 Ａ 说 Ｔ等 已与 Ｐ Ｉ Ｅ 基体 融合 。
１ ２ 设 备 及 仪 器 ．
低 速 台式 大 容量 离 心机 ： Ｊ—Ｔ Ｌ一 ０ Ｒ Ｄ ５ Ａ型 ， 无 锡 市瑞 江分析 仪器 有 限公 司 ； 高 速药物 粉碎 机 ： ＷＫ～ ０ Ａ型 ， 岛市 精诚 机 ８０ 青
械 有 限公司 ；
限制 了其 在高 端领 域 的应 用 。另 外 ， 由于密 封 件 的 制造 过程 常在 高温 下 进 行 ， 可 能导 致 Ｐ Ｉ 这 Ｅ 的结 构 发 生变 化 ， 而影 响 其使 用 性 能 。在用 Ｐ Ｉ 造 密 进 Ｅ制
封件 时 ， 出现 制 品孔 隙率 较 高 的 缺 陷 ， 是 由于 常 就 ＰＩ Ｅ 在加 工过 程 中放 出小 分 子挥 发 物所 致 。通 过 复
真 空干燥箱 ： Ｚ ６ ３ Ｄ Ｆ ０ ０型 ， 海和呈 仪器制 造有 上
限公 司 ；
场发 射扫描 电子 显微 镜 （ Ｅ ： ４０ １型 ， Ｓ Ｍ） Ｓ一 ８０１
拉伸强度／ ａ ＭＰ 弯 曲强 度／ ａ ＭＰ
９ ８
１４ ５
１１ ｌ １０ ７
１２ ２
２５ ０
≥８ ０ ≥８ ５
线 膨胀 系数 ／ ℃ ３３×１ ２ ２×１ ３ ２×１ ５≤２７× ０ ： ． ０一 ． ０一 ． ０— ． １ 一
体 积 电 阻 率／ ８ ６×１ ７ ３ ０１
２ ３ Ｐ ＩＡ ． Ｅ ／ Ｔ复合 材料 的性 能
Ａ Ｔ是一 种天然 的一 维棒 状纳米 硅酸 盐矿 物 ， 其 单 晶直径 为 １ ２ ｍ， ０～ ５ｎ 长度 为 １０至数 百纳 米 。 ０
用Ａ Ｔ对 Ｐ Ｉ Ｅ 进行 增强 。 首先 要对 Ａ Ｔ进 行有 机 化表
面 改性处理 ， 以建 立 Ａ Ｔ与 Ｐ Ｉ Ｅ 的有效 连接 。Ｋ ５ ０ Ｈ ５ 改性 前后 Ａ Ｔ的 ｇ Ｉ ＦＲ谱 图如 图 １ 所示 。
ｎ
・ ｅｍ
． ．
７ ×１ ０
≥ １ ０×１ ． ０
Ｓ— Ｏ Ｓ ， 而使 得 ９ ５ｃ 处 的 吸 收峰 减 弱 ， ｉ — ｉ从 ８ ｍ 同 时 还 发 现 Ｓ—Ｏ Ｓ ｉ — ｉ的 弯 曲 振 动 特 征 吸 收 峰 经 Ｋ ５ ０处理 后增 强 ， 明 Ａ Ｈ５ 表 Ｔ表 面发 生 了接 枝 改 性
１０ ５０
５０ ０
的性 能对 比见表 １ 。
表 １ 几 种 Ｐ Ｉ 合 材 料 的 主 要性 能 Ｅ复 项 目 Ｐ Ｉ 合 Ｐ ＩＡ Ｅ复 Ｅ／ Ｔ复 Ｕ ｔ 一 Ｉｍ ｅ 材料 ） 合 材 料 ） ２０２ １０ ） 技 术 要 求 ）
波 数 ／ｃ － ｍ
ＰＩ Ｅ 粉料 和玻璃纤 维按 ７ ：０比例 混 合均 匀 ， Ｐ Ｉ ０３ 按 Ｅ
胺丙基 三 乙氧基 硅 烷 （ 硅烷 偶 联 剂 Ｋ ５ ０ ： Ｈ ５ ）
上海 中艺塑料 制 品厂 ； 酸 纯化 Ａ ： Ｔ 自制 ；
质 量 计 分 别加入 ０ １ 、％ 、％ 、％ 的改性 Ａ ， 、％ ２ ３ ４ Ｔ 机
摘要
在 采用 ｙ ￣ｇ基 三 乙氧基硅烷对 凹凸棒 土（ Ｔ 进 行接枝 改性 的基础 上 ， 用聚合物直接 熔融法开发 出 － ７ Ａ ） 采
Ａ Ｔ增强聚醚酰亚胺 （ Ｅ ） Ｐ Ｉ 复合材料 ， 究 了复合 材料 的力学性 能和摩擦 学性能 ， 研 并进行 了应 用试 验。结果表 明， 添 加３ ％的 Ａ Ｔ即能显著提 高材料的 常温和 高温力 学强度 ，Ｅ／ Ｔ复合 材料具有优 异的耐 高温和耐摩性 能 ， Ｐ ＩＡ 可满足复
酸（Ｉ Ｐ 前体 ） 凹凸棒土 （ Ｔ 合 成制 备 Ｐ／ Ｔ复合 和 Ａ ） ＩＡ
傅 立 叶红外 光谱 （ ＴＲ） ： ｅｕ ｉ ｌｔ ， Ｆ Ｉ 仪 Ｎ ｘｓ ｃ ｅ 型 美 Ｎ ｏ
国 Ｔ ｅｍ ｉ ｌｔ 司 ； ｈ ｒ ｏＮｃ ｅ 公 ｏ
ｘ射线 光 电子能谱 （ Ｐ ） ：Ｓ Ａ Ａ ５ Ｘ Ｓ 仪 Ｅ Ｃ Ｌ Ｂ２０型 ，
收稿 日期 ：０ ００ －６ ２ １—７ １
玻 璃纤维 ： 水率 小 于 ０ ５ ， 径 ９～１ ｍ， 含 ．％ 直 ３ 长径 比 ４ １南京 昊成 复合材 料有 限公 司 。 ：，
５ ２
工 程 塑 料应 用
２１ ００年 ， ３ 第 ８卷 ， １ 第 Ｏ期
械 混合均 匀 ， 合好 的粉料 加入 到模具 中 ， 进高 温 混 放
ｌ 改性 后 ；一 改性 前 一 ２
倒 １ Ｋ ５ ０改 性 前 后 ＡＴ的 ＴＩ Ｈ５ Ｒ谱 图
由图 １可 看 出 ， Ｋ ５ ０处 理 后 ， Ｔ在 ９ ５ 经 Ｈ５ Ａ ８ ｃ 处 羟基 的弯 曲振 动吸 收峰 明显减 弱 ， 是 由于 ｍ 这
Ｋ ５ ０的 ｓ一 ０ 与 Ａ Ｈ５ ｉ Ｈ Ｔ的 ｓ— Ｏ ｉ Ｈ发 生反应 形成 了
日本 Ｅ立公 司 ； ｌ
高分 辨 透 射 电 子显 微 镜 （ Ｅ ： ｅｎ ｉ ２型 ， Ｔ Ｍ） Ｔ ｃ ａ １
荷兰 Ｆ Ｉ 司 ； Ｅ公
合改性 实 现 Ｐ Ｉ Ｅ 的高性 能化 和低成 本化 势在 必行 。 近年来 ，Ｉ无 机纳米 粒子 复合 材料 的研 究 已取 Ｐ／ 得进展 ， 常用 的无 机 纳米 粒 子 有 纳 米 ＴＯ 、ｉ ， ｉ ＳＯ 等 常用制 备方 法有溶 胶 一 胶 法 、 凝 插层 复合 法 、 接分 直 散法等 Ｊ 。郭 洪等 ＿ 通 过 溶 液 聚合 法 ， 聚酰 胺 ４ 以
造 上 尚未 见实 际应用 报道 。 笔者 在 对 Ａ Ｔ进行 有 机 化 接 枝 改 性 的 基 础上 ， 采用 聚合 物 直 接 熔 融 法 开 发 Ａ Ｔ增 强 Ｐ Ｉ 合 材 Ｅ复 料 ， 一 步 提 高 Ｐ Ｉ的耐 摩 性 、 高温 性 等综 合 性 进 Ｅ 耐
（ ）Ａ １ Ｔ的表 面改 性 将酸 纯 化 Ａ 、 Ｈ ５ Ｔ Ｋ ５ ０分 散 于 乙醇水 溶 液 中 ， 在 圆底 烧瓶 中于 ７ ８ ％ 加 热 ， 速 搅 拌 ， ０～ ５ 快 回流 反 应
耐磨 性 能按 Ｇ ／ ９ ０—１８ Ｂ Ｔ３ ６ ９ ３测试 ；
Ａ Ｔ独特 的物 化 结构 可 以在 微米 填 充 和 纳 米增 强两个 水平 上与 Ｐ Ｉ 行 复 合 ， 方 面可 提 高 材料 Ｅ进 一
一 ）
体积 电阻率 按 Ｇ ／ ４０—１８ 试 ； Ｂ Ｔ１１ ９９测
介 电强度 按 Ｇ ４ ８—１８ Ｂ １０ ９ ９测试 。
热 变 形 温 度
（ ． Ｏ ＭＰ ） ℃ １８ ａ ／
２３ ３ ９ ４
１ ． ５６
２０ ５ １９ ０
１ ７ ４．
２７ Ｏ １４ １
≥２ ５ ３ ８ ９～１０ ｌ
≥１ Ｏ
洛 氏 硬 度 介 电 强度 ／
ＭＶ ・ｍ 一
反应 。
经 Ｋ ５ ０改性 前 后 Ａ Ｈ５ Ｔ的 Ｘ Ｓ谱 图 如 图 ２所 Ｐ
热变形 温度按 Ｇ ／ ６ ４— ０ ４测试 ； Ｂ Ｔ１ ３ ２ ０
能量 ／ｅ Ｖ
；
一
１ 改性 后 ； － 改 性前 一 ２
图 ２ Ｋ ５ ０改性前后 Ａ Ｈ５ Ｔ的 Ｘ Ｓ谱 图 Ｐ
２ ２ Ｐ ＩＡ ． Ｅ ／ Ｔ复合 材料 的成 型
线 膨胀 系数按 Ｇ ／ ０６— ０ ８测试 ； Ｂ Ｔ１３ ２０