一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料及其制备方法和在三层复合材料中的应用与流程

1.本发明涉及自润滑材料技术领域，具体地，涉及一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料及其制备方法和在三层复合材料中的应用，尤其涉及一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料及其制备的在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料。


背景技术：

2.三层复合材料以改性聚合物为表面减摩层，采用碳素钢板基体，以多层复合工艺制成减摩性好、强度合适的三层复合材料。通过金属基体赋予三层复合材料足够的强度、承载力和刚性；中间球形青铜粉烧结层形成孔隙骨架，在轧制力的作用下，使得塑料减摩层材料牢牢嵌入铜粉空隙中，得到综合性能优异的三层复合材料。一般情况下，三层复合材料表面覆盖很薄的一层减摩塑料层，减摩塑料层的厚度一般小于0.1mm。三层复合材料被广泛应用于滑动支承产品中，其磨损过程为，塑料层聚合物会在对偶见表面形成高度取向的转移膜，在运行过程中转移膜被不断排出，塑料层被不断磨损，裸露出中间烧结层的铜粉颗粒硬质点承受载荷，随着表面裸露的铜粉颗粒越来越多，三层复合材料的润滑性能减弱，直至不能满足使用需求而失效。因此，塑料层的力学强度、减摩耐磨性及塑料层厚度等极大的影响了三层复合材料的性能和使用寿命。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料及其制备方法和在三层复合材料中的应用。具体而言，提供了一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，并提供将该聚合物材料用于制备可铺展软体，嵌入并覆盖到具有一定孔隙率的铜粉板上，制备金属塑料三层复合材料。本技术制备得到的金属塑料三层复合材料的聚合物复合材料层厚度为0.1～0.2mm，具有好的减摩耐磨性，采用该金属塑料三层复合材料制备的滑动单元制品在高频、干摩擦条件下具有好的耐摩擦磨损性能，同时具有较长的使用寿命。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.在第一方面，本发明提供了一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，包括以下质量百分比含量的各组分：
6.聚酰亚胺10～20％；
7.氧化石墨烯3～5％；
8.芳纶纤维5～15％；
9.纳米碳化硅1～3％；
10.以及，聚四氟乙烯余量。
11.优选地，所述聚四氟乙烯为聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉的混合物；
12.以聚四氟乙烯固含量计，所述聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉的质量比为4:1；
13.所述聚四氟乙烯粒径为80～120μm。
14.优选地，所述聚苯酯的平均粒径为9～18μm。
15.优选地，所述聚酰亚胺为经全氟辛酸改性的聚酰亚胺；
16.所述芳纶纤维为经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维；
17.所述氧化石墨烯为经氨基化改性的氧化石墨烯；
18.所述纳米碳化硅为经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅。
19.优选地，所述经全氟辛酸改性的聚酰亚胺的制备步骤如下：
20.将聚酰亚胺添加到乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应5～7h,使聚酰亚胺开环活化；然后将活化后的聚酰亚胺加入全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应10～14h后，即得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺。
21.优选地，所述经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维粉末的制备步骤如下：
22.将芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡10～14h后，抽滤；然后用无水乙醇煮沸0.5～2h后，抽滤，清洗，干燥。
23.优选地，所述经氨基化改性的氧化石墨烯的制备步骤如下：
24.将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，然后加入四乙烯五胺，并调节ph值为9～10，所得分散液在室温下磁力搅拌15～25min后，转移到水热反应釜中，在170～200℃搅拌反应8～12h，即得经氨基化改性的氧化石墨烯。
25.优选地，所述经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅粉末的制备步骤如下：
26.将纳米碳化硅加入到硅烷偶联剂的乙醇溶液中，磁力搅拌40～50min后，即得经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅。
27.第二方面，本发明提供了一种根据前述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
28.步骤a1：按比例称取各组成原料；
29.步骤a2：将氧化石墨烯和纳米碳化硅加入聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀；
30.步骤a3：将芳纶纤维、聚酰亚胺和聚四氟乙烯悬浮粉混合后，搅拌均匀；
31.步骤a4：将步骤a3所得混合干粉加入到步骤a2得到的混合物料中，再搅拌均匀后加入溶剂进行搅拌絮凝，得到聚合物材料的可铺展软体。
32.第三方面，本发明提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中；
33.其中，所述聚合物材料层采用前述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料或采用前述方法制备的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料制备得到。
34.优选地，所述金属基板为低碳钢板、高强度钢板和铜板中的任一种；金属基板的厚度为0.5～2.5mm。
35.优选地，所述多孔铜粉层采用的铜粉为铜合金粉，粒径为80～120目。
36.优选地，所述多孔铜粉层的厚度为0.25～0.5mm，孔隙率为35～50％。
37.优选地，所述聚合物材料层的厚度为0.10～0.20mm。
38.优选地，所述在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法包括以下步骤：
39.步骤b1：在保护氛围下，将铜粉颗粒烧结到金属基板上，形成多孔铜粉层；
40.步骤b2：将采用权利要求8所述方法制备的聚合物材料的可铺展软体铺轧到烧结好的多孔铜粉层上，然后进行烘干，至有机溶剂完全挥发；
41.步骤b3：将烘干后的复合板材进行粗轧，然后进行烧结；
42.步骤b4：将烧结后的复合板材再进行轧制至成品复合板材所需厚度，即得所述表面光洁度高、启动摩擦系数低的三层复合自润滑材料。
43.优选地，步骤b1中，所述保护氛围为氮气和氢气的混合气体；所述烧结温度为850～930℃，烧结时间为10～30min。
44.优选地，步骤b2中，所述烘干温度为180～250℃，烘干时间为30～60min。
45.优选地，步骤b3中，所述粗轧的轧制量为0.01～0.10mm。
46.优选地，步骤b3中，所述烧结的温度为350～395℃，烧结时间为30～60分钟，氮气纯度99.9％以上。
47.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
48.在减磨耐磨聚合物复合材料方面，本技术综合各组分材料的性能优势，通过对组分填料进行改性，提高各组分之间的相容性及相互作用，实现聚合物复合材料各组分的协同作用，提高聚合物复合材料的强度、减摩性和耐磨性，制备一种强度高、压缩变形量小、减摩耐磨性高的聚合物材料。并将该聚合物材料嵌入并覆盖到铜粉板表面，制备了一种聚合物材料层厚度高、压缩变形量小、减摩耐磨性好的金属塑料三层复合材料，可用于制备滑动支承制品，在高频、干摩擦工况条件下具有好的减摩耐磨性和长使用寿命。各组分积极效益及创新点具体如下：
49.第一，本技术所用的聚四氟乙烯材料为聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉组合物，聚四氟乙烯悬浮粉适用于模压成型工艺，本技术制备的金属塑料三层复合材料的聚合物复合材料层厚度较高，聚四氟乙烯悬浮粉制备的三层复合材料的力学性能较好。
50.第二，本技术添加了聚酰亚胺提高聚合物复合材料的综合性能。聚酰亚胺具有较高的强度、刚性和耐热性，本技术对聚酰亚胺进行了改性，先采用乙二胺进行开环活化后采用全氟辛酸进行接枝改性，通过改性后解决了聚酰亚胺与聚四氟乙烯因极性差异大而导致的相容性差的问题。在烧结塑化过程中，改性后的聚酰亚胺的全氟支链可插入到聚四氟乙烯的分子链层间，提高聚酰亚胺与聚四氟乙烯的结合力，同时聚酰亚胺分子链与芳纶纤维相互缠绕，使得复合材料的整体结合力提高，提高了复合材料的强度、耐磨性。
51.第三，本技术添加了四乙烯五胺改性的氧化石墨烯，氧化石墨烯具有好的导热性、耐热性、高强度、高模量及润滑性，经氨基改性的氧化石墨烯具有更好的分散性，并且氨基可与聚酰亚胺基芳纶纤维分子脸上的含氨官能团相互作用，提高各组分之间的相互作用，氧化石墨烯的加入进一步提高了聚合物复合材料的强度、耐磨性，同时提高了复合材料的导热性和耐热性。另外，层状氧化石墨烯在聚合物复合材料与金属面对磨过程中与聚四氟乙烯进行协同减摩，在剪切力和摩擦热的作用下，氧化石墨烯可与对磨面之间形成化学作用，切层状氧化石墨烯可插入到聚四氟乙烯分子层间，提高润滑转移膜的稳定性。
52.第四，本技术添加了经硅烷偶联剂改性的纳米碳化硅作为耐磨和增强增韧填料。
经硅烷偶联剂改性的纳米碳化硅在聚合物中具有好的分散性，提高聚合物复合材料的强度和韧性。碳化硅具有耐高温、耐磨、高导热系数等性能，纳米碳化硅的加入可实现对聚合物复合材料的增强、增韧、提高导热性、耐热性和耐磨性的作用。
53.第五，本技术添加了芳纶纤维粉末作为增强减摩填料，芳纶纤维具有高强度、高模量和高耐磨性，芳纶纤维具有一定的柔性，在高频摇摆等工况下不容易被挤出形成磨粒。本技术对芳纶纤维进行了表面处理，增加了其分子链中的活性点，提高其与其他组分的相互作用，实现更好的增强减摩效果。
54.第六，在制备工艺方面，本技术将未进行烘干处理的改性后的氧化石墨烯和改性后的纳米碳化硅直接分散在聚四氟乙烯分散液中，由于氧化石墨烯和纳米碳化硅的粒径较小，经改性后的氧化石墨烯和纳米碳化硅烘干后会出现结团结块的情况，研磨会破坏其粒子形貌。直接将改性后未烘干的氧化石墨烯和纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中，提高了其在聚合物复合材料中的分散均匀性，同时简化了制备工艺。
附图说明
55.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
56.图1为本发明实施例中制备的在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的结构示意图；
57.其中：1-聚合物材料层；2-多孔铜粉层；3-金属基板。
具体实施方式
58.除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本技术中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本技术的提交日期同步的。在适用的情况下，本技术中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本技术中提供的任何定义不一致，则以本技术中提供的术语定义为准。
59.在本发明的具体实施方式中，如图1所示，其为本发明提供的在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的结构示意图，所述三层复合材料包括金属基板3，烧结于金属板板3一侧表面的多孔铜粉层2，以及嵌入多孔铜粉孔隙和覆盖于多孔铜粉层表面的聚合物材料层1。
60.在一具体实施方式中，所述的金属基板3可以为低碳钢板(如10钢、15钢、20钢等)、高强度钢板(50mn钢、60mn钢、65mn钢等)或其他金属板(如铜板)，所述金属基板的厚度为0.5～2.5mm。
61.在一具体实施方式中，所述烧结于金属基板3一侧表面的多孔铜粉层2由铜粉颗粒烧结于金属基板3表面而成；所述铜粉颗粒为铜合金粉颗粒，所述铜合金为铜锡合金或其他合金；铜粉颗粒的粒径为80～120目，多孔铜粉层2的厚度为0.3～0.5mm，孔隙率为35～50％。
62.在一具体实施方式中，所述聚合物材料层由可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材
料制备而成。所述可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料包括以下质量百分比含量的各组分：
63.聚酰亚胺10～20％，氧化石墨烯3～5％，芳纶纤维5～15％，纳米碳化硅1～3％，聚四氟乙烯余量。所述聚合物材料层的厚度为0.1～0.2mm。
64.进一步地，所述聚合物材料包括以下质量百分比含量的各组分：聚酰亚胺10～15％，氧化石墨烯4％，芳纶纤维10～15％，纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯余量。
65.进一步地，以聚四氟乙烯固含量计，所述聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉的质量比为4:1。聚四氟乙烯的粒径为80～120μm。聚四氟乙烯具有较低的摩擦系数，可在对磨面形成润滑转移膜，提高复合材料的润滑性。
66.进一步地，所述聚酰亚胺为经全氟辛酸改性的聚酰亚胺。经改性后的聚酰亚胺具有极性大分子链和非极性支链，非极性全氟支链可插入到聚四氟乙烯分子层间，极性大分子链可与经氨基改性的氧化石墨烯、经表面处理的芳纶纤维及经硅烷偶联剂改性的纳米碳化硅相互体用，在烧结塑化过程中形成有机网络骨架，提高复合材料整体结合力，提高复合材料的强度、耐磨性等。
67.进一步地，所述芳纶纤维为经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维，芳纶纤维具有高强度、高模量、高耐磨性，提高了复合材料的强度和耐磨性。
68.进一步地，所述氧化石墨烯为经氨基化改性的氧化石墨烯，氧化石墨烯具有高导热性、耐热性、高强度和优异的润滑性。经改机改性的氧化石墨烯具有更好的分散性和结合力，氧化石墨烯的加入进一步提高了复合材料的强度、导热性和润滑性。
69.进一步地，所述纳米碳化硅为经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅，经硅烷偶联剂改性的纳米碳化硅具有好的分散性，纳米碳化硅可同时起到增强增韧的作用，另外碳化硅具有高导热性和高耐磨性，可进一步提高复合材料的导热性和耐磨性。
70.在一具体实施方式中，本发明还提供了前述在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
71.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺添加到质量分数为8-15％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应5～7h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在55～65℃烘干10～15h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为3～8％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应10～14h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱55～65℃烘干10～15h，备用。
72.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:8～12加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌15～25min后转移到水热反应釜中，在170～200℃搅拌反应8～12h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，备用。
73.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡10～14h，抽滤，用无水乙醇煮沸0.5-2h后抽滤并用去离子水清洗三次，在70～90℃真空干燥箱中干燥5～7h备用。
74.步骤s4：将一定量的纳米碳化硅加入到含量0.5～2％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌40～50min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤备用。
75.步骤s5：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经步骤s2处理后的氧化石墨烯和
步骤s4处理后的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
76.步骤s6：按比例称取经步骤s3处理后的芳纶纤维、步骤s1处理后的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
77.步骤s7：将上述步骤s6混合均匀的干粉加入到步骤s5搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂搅拌絮凝，得到软硬程度适中的可铺展软体。
78.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为850～930℃，烧结时间为10～30min，得到含多孔铜粉层的金属基板；
79.步骤s9：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含多孔铜粉层的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，聚合物复合材料层厚度为0.15～0.25mm；
80.步骤s10：将含聚合物复合材料层的金属金板采用烘干炉，以180～250℃烘30～60分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准；
81.步骤s11：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.01～0.10mm，将复合材料轧至铜粉层的孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
82.步骤s12：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为350～395℃，烧结时间为30～60分钟，氮气纯度99.9％以上；
83.步骤s13：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
84.实施例
85.下面将结合本技术的实施例，对本技术的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
86.以下实施例和对比例中，所用的原料具体信息如下所述：
87.聚四氟乙烯悬浮粉购自山东东岳化工有限公司，型号为df-17。
88.聚四氟乙烯分散液购自山东东岳化工有限公司，型号为df-306。
89.聚酰亚胺购自苏州予信天材新材料应用技术有限公司，型号为3835-ump。
90.芳纶纤维粉末购自江苏爱尔达复合材料有限公司。
91.氧化石墨烯购自北京德科岛金科技有限公司。
92.纳米碳化硅购自北京德科岛金科技有限公司，型号为dk-sic-001。
93.金属基底层采用的金属板为spcc低碳钢板，钢板厚度为1.0mm。
94.多孔铜粉层采用的铜粉颗粒为铜锡合金粉颗粒，铜锡合金型号为cusn10，粉末粒径为80～120目。
95.比较例1
96.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯69％(聚
四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
97.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
98.步骤s1：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
99.步骤s2：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤，并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
100.步骤s3：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
101.步骤s4：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
102.步骤s5：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
103.步骤s6：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
104.步骤s7：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
105.步骤s8：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
106.步骤s9：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
107.步骤s10：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
108.步骤s11：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
109.步骤s12：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
110.比较例2
111.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯69％
(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
112.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
113.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
114.步骤s2：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
115.步骤s3：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
116.步骤s4：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将氧化石墨烯、上述经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
117.步骤s5：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
118.步骤s6：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
119.步骤s7：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
120.步骤s8：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
121.步骤s9：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
122.步骤s10：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
123.步骤s11：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
124.步骤s12：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
125.比较例3
126.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯
4％，芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯69％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
127.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
128.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
129.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
130.步骤s3：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
131.步骤s4：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
132.步骤s5：按比例称取芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
133.步骤s6：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
134.步骤s7：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
135.步骤s8：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
136.步骤s9：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
137.步骤s10：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
138.步骤s11：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
139.步骤s12：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
140.比较例4
141.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下
质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，聚四氟乙烯71％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
142.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
143.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
144.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
145.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
146.步骤s4：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
147.步骤s5：按比例称取经经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
148.步骤s6：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
149.步骤s7：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
150.步骤s8：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
151.步骤s9：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
152.步骤s10：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
153.步骤s11：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
154.步骤s12：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
155.比较例5
156.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三
层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯8％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯65％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
157.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
158.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
159.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
160.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
161.步骤s4：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
162.步骤s5：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
163.步骤s6：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
164.步骤s7：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
165.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
166.步骤s9：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
167.步骤s10：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
168.步骤s11：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
169.步骤s12：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
170.步骤s13：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
171.比较例6
172.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺25％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯59％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
173.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
174.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
175.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
176.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
177.步骤s4：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
178.步骤s5：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
179.步骤s6：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
180.步骤s7：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
181.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
5次，至物料分散均匀。
196.步骤s7：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
197.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
198.步骤s9：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
199.步骤s10：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
200.步骤s11：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
201.步骤s12：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
202.步骤s13：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
203.比较例8
204.本比较例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯69％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
205.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
206.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
207.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
208.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
209.步骤s4：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
210.步骤s5：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
211.步骤s6：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
212.步骤s7：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
213.步骤s8：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
214.步骤s9：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
215.步骤s10：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
216.步骤s11：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
217.步骤s12：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
218.实施例1
219.本实施例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯69％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
220.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
221.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
222.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
223.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质
的芳纶纤维备用。
224.步骤s4：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
225.步骤s5：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
226.步骤s6：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
227.步骤s7：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
228.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
229.步骤s9：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
230.步骤s10：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
231.步骤s11：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
232.步骤s12：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
233.步骤s13：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
234.实施例2
235.本实施例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺10％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维10％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯74％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
236.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
237.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
238.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
239.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
240.步骤s4：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
241.步骤s5：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
242.步骤s6：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
243.步骤s7：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
244.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
245.步骤s9：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
246.步骤s10：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
247.步骤s11：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
248.步骤s12：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
249.步骤s13：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
250.实施例3
251.本实施例提供了一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中。所述聚合物材料层包含以下质量百分比含量的各组分：经全氟辛酸改性的聚酰亚胺15％，经氨基化改性的氧化石墨烯4％，经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维15％，硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅2％，聚四氟乙烯64％(聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉按聚四氟乙烯固含量比例为4:1配制)。
252.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制
备方法，所述方法包括以下步骤：
253.步骤s1：将一定量的聚酰亚胺粉末添加到质量分数为10％的乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应6h，将聚酰亚胺开环活化，抽滤，并用去离子水多次清洗后放入鼓风干燥箱中在60℃烘干12h，备用。将活化后的聚酰亚胺加入质量分数为5％的全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应12h后，抽滤，用甲醇清洗三次后用去离子水清洗多次，放入鼓风干燥箱60℃烘干12h，所得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺备用。
254.步骤s2：将一定量氧化石墨烯超声分散在去离子水中，按氧化石墨烯与四乙烯五胺的质量比1:10加入四乙烯五胺，滴加氨水调节溶液ph值为9-10，将分散液在室温磁力搅拌20min后转移到水热反应釜中，在180℃搅拌反应10h，反应完成后待溶液冷却后抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤5次，所得经氨基化改性的氧化石墨烯备用。
255.步骤s3：将一定量的芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡12h，抽滤，用无水乙醇煮沸1h后抽滤并用去离子水清洗三次，在80℃真空干燥箱中干燥6h，所得经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维备用。
256.步骤s4：将一定量的纳米碳化硅加入到含量1％的kh550硅烷偶联剂的乙醇溶液中，在磁力搅拌器内搅拌45min，抽滤，用无水乙醇清洗三次后用去离子水清洗三次，抽滤，所得硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅备用。
257.步骤s5：按比例称取聚四氟乙烯分散液，将上述经氨基化改性的氧化石墨烯和硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅加入到聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀。
258.步骤s6：按比例称取经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维、经全氟辛酸改性的聚酰亚胺、聚四氟乙烯悬浮粉，加入高速搅拌机中进行搅拌，搅拌1min，暂停1min，重复搅拌3-5次，至物料分散均匀。
259.步骤s7：将上述步骤s5所得混合均匀的干粉加入到步骤s4搅拌均匀的聚四氟乙烯分散液中，在高速搅拌机中搅拌均匀，然后加入有机溶剂(无水乙醇)搅拌絮凝，得到软硬程度适中的聚合物材料的可铺展软体。
260.步骤s8：将铜粉颗粒烧结到金属基板上，在氮气和氢气的保护氛围下，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，得到含铜粉的金属基板。
261.步骤s9：将制备好的可铺展软体铺轧到所述含铜粉的金属基板上，得到含聚合物复合材料层的金属板，可铺展软体层厚度为0.2mm。
262.步骤s10：将含聚合物复合材料层的金属板采用烘干炉，以200℃烘45分钟，以混合料中的溶剂完全烘干为准。
263.步骤s11：粗轧，对复合板材进行轧制，轧制量为0.10mm，将复合材料轧至铜粉孔隙中，并去除复合材料层的孔隙，增加复合材料的密实性。
264.步骤s12：在氮气保护烧结炉进行烧结，烧结温度为375℃，烧结时间为50分钟，氮气纯度99.9％以上。
265.步骤s13：对将烧结塑化后的板材进行轧制，轧至成品板材厚度要求，去除塑料层的孔隙，得到金属塑料三层复合材料。
266.性能测试
267.将各比较例和实施例制备的三层复合材料板材取样分别进行端磨试验，端磨试验机型号：msu-1端面摩擦磨损试验机，润滑方式：干摩擦，试验条件：试验速度：0.4m/s，试验
载荷：初始4mpa，每10分钟载荷增加2mpa，直至加到20mpa后恒定载荷，试验时间181min。试验结果如表1所示。
268.表1比较例1-7和实施例1-3的复合材料的端磨试验结果
[0269][0270][0271]
将各比较例和实施例制备的三层复合材料板材分别制备成相同型号的轴套进行试验，包括摇摆耐久试验、静压试验。
[0272]
摇摆试验在摇摆试验机上进行，润滑方式为干摩擦，试验条件为：试验载荷100mpa，试验速度0.04m/s，循环次数100000次。试验结果如表2所示。
[0273]
表2比较例1-7和实施例1-3的复合材料的摇摆耐久试验结果
[0274]
材料编号平均摩擦系数磨损量(mm)比较例10.0450.085比较例20.0430.077比较例30.0460.082比较例40.0430.076比较例50.0440.074比较例60.0580.086比较例70.0390.091比较例80.0470.078实施例10.0450.059实施例20.0400.062实施例30.0480.056
[0275]
静压试验在微机控制电子万能试验机上进行，试验载荷为300mpa。试验结果如表3
所示。
[0276]
表3比较例1-7和实施例1-3的复合材料的静压试验结果
[0277]
材料编号永久变形量(mm)比较例10.010比较例20.009比较例30.010比较例40.014比较例50.007比较例60.006比较例70.014比较例80.009实施例10.008实施例20.010实施例30.007
[0278]
对复合材料性能试验结果进行分析，对比比较例1和实施例1的试验结果可以看出，添加未经改性的聚酰亚胺与添加经全氟辛酸改性的聚酰亚胺比较，复合材料的端磨试验结果中，平均摩擦系数差异不大，最大磨损量明显偏大。摇摆耐久试验结果中，比较例1的平均摩擦系数与实施例1相差不大，但磨损量明显高于实施例1。静压试验结果中，比较例1的永久变形量略低于实施例1的永久变形量。上述结果是由于未经改性的聚酰亚胺与聚四氟乙烯相容性差导致，复合材料的结合力差，因而强度和耐磨性较低。
[0279]
对比比较例2和实施例1的试验结果可以看出，添加未经改性的氧化石墨烯与添加经氨基化改性的氧化石墨烯相比，复合材料的端磨试验结果中，平均摩擦系数无差异，但是比较例2复合材料的最大磨损量明显偏大。摇摆耐久试验结果中，比较例2的平均摩擦系数与实施例1差异不大，但磨损量明显高于实施例1。静压试验结果中，比较例2的永久变形量略大。上述结果是由于氧化石墨烯在复合材料中分散性差导致。
[0280]
对比比较例3和实施例1的试验结果可以看出，添加未经表面处理的芳纶纤维与添加经表面处理的芳纶纤维相比，复合材料的端磨试验结果中，平均摩擦系数差异不大，但是比较例3复合材料的最大磨损量明显增大。摇摆耐久试验结果中，两者的平均摩擦系数差异不大，但磨损量明显高于实施例1。静压试验结果中，两者的永久变形量差异不大。上述结果是由于未经改性的芳纶纤维与其他组分材料的结合力差导致。
[0281]
对比比较例4和实施例1的试验结果可以看出，添加纳米碳化硅与不添加纳米碳化硅相比，复合材料的端磨试验结果中，比较例4与实施例1的平均摩擦系数差异不大，但比较例4的最大磨损量明显高于实施例1的最大磨损量。摇摆耐久试验结果中，两者的平均摩擦系数差异不大，但磨损量明显高于实施例1。静压试验结果中，实施例1的永久变形量明显低于比较例4。上述结果是由于添加纳米碳化硅可起到增强增韧作用，同时提高复合材料的耐磨性，并降低永久变形量。
[0282]
对比较例5和实施例1的试验结果可以看出，端磨试验结果中，过量经氨基化改性的氧化石墨烯的加入使得复合材料的平均摩擦系数略有下降，但是复合材料最大磨损量显著增大。摇摆耐久试验结果中，两者的平均摩擦系数差异不大，但磨损量明显高于实施例1。
静压试验结果中，两者的永久变形量差异不大。上述结果是由于过量的氧化石墨烯的加入导致复合材料的结合力差。
[0283]
对比比较例6和实施例1的试验结果可以看出，端磨试验结果中，比较例6的平均摩擦系数和最大磨损量均明显大于实施例1。摇摆耐久试验结果中，比较例6的平均摩擦系数和磨损量也明显高于实施例1。静压试验结果中，两者的永久变形量差异不大。上述结果是由于聚酰亚胺摩擦系数相对较高导致。
[0284]
对比比较例7和实施例1的试验结果可以看出，端磨试验结果中，经表面改性的芳纶纤维的添加量太少使得复合材料的平均摩擦系数有所下降，但最大磨损量显著增加。摇摆耐久试验结果中，比较例7的平均摩擦系数有所下降，但磨损量也显著高于实施例1。静压试验结果中，实施例1的永久变形量明显低于比较例7。这是由于芳纶纤维的添加量减少，复合材料的强度和耐磨性降低导致。
[0285]
对比比较例8和实施例1的试验结果可以看出，端磨试验和摇摆耐久试验中可以看出，比较例8和实施例1的摩擦系数差异不大，但是比较例8的复合材料的最大磨损量明显大于实施例1。静压试验结果中，两者的拥挤变形量差异也不大。比较例8的复合材料的磨损量增大是由于未改性的纳米碳化硅在自身团聚，在复合材料中分散不均匀导致。
[0286]
对比实施例1-3的试验结果可以看出，按照本技术组分和比例制备的复合材料的摩擦系数和磨损量差异不大。
[0287]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，包括以下质量百分比含量的各组分：聚酰亚胺10～20％；氧化石墨烯3～5％；芳纶纤维5～15％；纳米碳化硅1～3％；以及，聚四氟乙烯余量。2.根据权利要求1所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯为聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉的混合物；以聚四氟乙烯固含量计，所述聚四氟乙烯分散液和聚四氟乙烯悬浮粉的质量比为4:1；所述聚四氟乙烯粒径为80～120μm。3.根据权利要求1所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述聚苯酯的平均粒径为9～18μm。4.根据权利要求1所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述聚酰亚胺为经全氟辛酸改性的聚酰亚胺；所述芳纶纤维为经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维；所述氧化石墨烯为经氨基化改性的氧化石墨烯；所述纳米碳化硅为经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅。5.根据权利要求4所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述经全氟辛酸改性的聚酰亚胺的制备步骤如下：将聚酰亚胺添加到乙二胺甲醇溶液中，常温搅拌反应5～7h,使聚酰亚胺开环活化；然后将活化后的聚酰亚胺加入全氟辛酸甲醇溶液中，室温搅拌反应10～14h后，即得经全氟辛酸改性的聚酰亚胺。6.根据权利要求4所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述经表面处理去除表面杂质的芳纶纤维的制备步骤如下：将芳纶纤维加入到丙酮中，浸泡10～14h后，抽滤；然后用无水乙醇煮沸0.5～2h后，抽滤，清洗，干燥。7.根据权利要求4所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述经氨基化改性的氧化石墨烯的制备步骤如下：将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，然后加入四乙烯五胺，并调节ph值为9～10，所得分散液在室温下磁力搅拌15～25min后，转移到水热反应釜中，在170～200℃搅拌反应8～12h，即得经氨基化改性的氧化石墨烯。8.根据权利要求4所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料，其特征在于，所述经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅的制备步骤如下：将纳米碳化硅加入到硅烷偶联剂的乙醇溶液中，磁力搅拌40～50min后，即得经硅烷偶联剂表面改性的纳米碳化硅。9.一种根据权利要求1-8任一项所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a1：按比例称取各组成原料；
步骤a2：将氧化石墨烯和纳米碳化硅加入聚四氟乙烯分散液中搅拌均匀；步骤a3：将芳纶纤维、聚酰亚胺和聚四氟乙烯悬浮粉混合后，搅拌均匀；步骤a4：将步骤a3所得混合干粉加入到步骤a2得到的混合物料中，再搅拌均匀后加入溶剂进行搅拌絮凝，得到聚合物材料的可铺展软体。10.一种在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料，其特征在于，包括金属基板、多孔铜粉层和聚合物材料层；所述多孔铜粉层设置在金属基底层表面，所述聚合物材料层设置在多孔铜粉层表面及孔隙中；其中，所述聚合物材料层采用权利要求1-8任一项所述的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料或采用权利要求9所述方法制备的可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料制备得到；所述在高频、干摩擦工况条件下具有高耐磨性和长使用寿命的三层复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤b1：在保护氛围下，将铜粉颗粒烧结到金属基板上，形成多孔铜粉层；步骤b2：将采用权利要求8所述方法制备的聚合物材料的可铺展软体铺轧到烧结好的多孔铜粉层上，然后进行烘干，至有机溶剂完全挥发；步骤b3：将烘干后的复合板材进行粗轧，然后进行烧结；步骤b4：将烧结后的复合板材再进行轧制至成品复合板材所需厚度，即得所述三层复合材料。

技术总结
本发明提供了一种可提高耐磨性和使用寿命的聚合物材料及其制备方法和在三层复合材料中的应用。所述聚合物材料包括以下质量百分比含量的各组分：聚酰亚胺10～20％；氧化石墨烯3～5％；芳纶纤维5～15％；纳米碳化硅1～3％；以及，聚四氟乙烯余量。将该聚合物材料用于制备可铺展软体，嵌入并覆盖到具有一定孔隙率的铜粉板上，制备的金属塑料三层复合材料具有好的减摩耐磨性，采用该金属塑料三层复合材料制备的滑动单元制品在高频、干摩擦条件下具有好的耐摩擦磨损性能，同时具有较长的使用寿命。命。命。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：江苏希西维轴承有限公司
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/10/15