一种MXene-纳米芳纶改性PTFE复合材料及其制备方法

本发明属于功能高分子润滑材料，具体涉及一种mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料及其制备方法和应用、树脂基纤维织物自润滑材料及其制备方法和应用。背景技术：1、摩擦磨损引起的机械设备零部件损伤是造成其使用寿命减少和失效的主要原因。改善两个相互作用界面之间力的作用方式及大小、改善作用界面的性能、增加润滑介质，是降低零部件相互接触面摩擦磨损消耗、提高设备服役寿命的有效方法。2、国内外现阶段开发出了多种聚合物及其填充复合材料用作耐磨润滑介质。这些聚合物包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺以及聚醚酮等，在这类聚合物中加入各类有机、无机填充剂，如甘油醚、磷酸酯、石墨烯、纳米银、层状无机材料等以改善其使用性能，减少机械设备损耗。其发展方向为耐高温、重载及高速的运行工况或苛刻的环境条件，如酸性、高湿、高盐或沙尘、霉菌等情况下润滑介质能保持良好的稳定性。3、二维无机层状材料作为一类重要的功能材料，在固体润滑中有良好的应用效果，近年来新开发的层状过渡金属碳化物mxene因其沿着基准面拉伸时，具有较高的弹性模量和弯曲强度，使其具有良好的力学性能，因而其在润滑材料中的改性应用也得到了更多的重视。但其较大规模、高效、普适方法的制备、稳定储存还存在一定的技术难度，其在各种材料领域的应用正处于不断的研究探索中。4、芳纶纤维是在较高温度下仍具有高强度、高模量、化学稳定性好的一种纤维，但芳纶纤维与树脂基体之间存在结合不够牢固的问题，导致摩擦过程中易出现界面脱粘，纤维拔出等损伤。近年来，研究者们发现由芳纶纤维制得的纳米芳纶纤维具有良好的吸附及抗菌等性能，将其制作为特定的形状获得了更多的应用。将纳米芳纶纤维组装到聚合物中，利用纳米效应，其与邻近的粒子和聚合物分子具有更好的相容性，有助于提高材料的力学性能。5、聚四氟乙烯(ptfe)是一种具有良好润滑性能的常用固体润滑材料，其能够有效填充磨损表面的微裂纹及通过机械变形吸收力的作用起到良好的减摩抗磨作用。6、但将上述几种材料复合应用到润滑领域还鲜有报道。技术实现思路1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料及其制备方法和应用、树脂基纤维织物自润滑材料及其制备方法和应用。本发明提供的树脂基纤维织物自润滑材料能够有效降低机械设备零部件接触面摩擦磨损。2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：3、本发明提供了一种mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料，包括聚四氟乙烯乳液和分散在所述聚四氟乙烯乳液中的mxene-纳米芳纶；所述mxene-纳米芳纶包括mxene纳米薄层片以及与所述mxene纳米薄层片交联的纳米芳纶纤维。4、优选的，所述mxene-纳米芳纶和聚四氟乙烯的质量比为(0.5～5):10；所述mxene纳米薄层片和纳米芳纶纤维的质量比为(2～15):100。5、本发明提供了上述方案所述的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料的制备方法，包括以下步骤：6、在惰性气体保护下，将mxene纳米薄层片分散液、纳米芳纶纤维溶胶和偶联剂混合，进行交联，得到mxene-纳米芳纶；7、将所述mxene-纳米芳纶和聚四氟乙烯乳液混合，得到所述mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料。8、优选的，所述mxene纳米薄层片分散液的浓度为2.5mg/ml；所述纳米芳纶纤维溶胶的浓度为2～10mg/ml。9、本发明提供了上述方案所述的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料或上述方案所述制备方法制备得到的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料在制备树脂基纤维织物自润滑材料中的应用。10、本发明提供了一种树脂基纤维织物自润滑材料的制备方法，包括以下步骤：11、将树脂基纤维织物浸渍到所述mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料中，进行原位复合，得到所述树脂基纤维织物自润滑材料；所述原位复合的温度为20～35℃；所述mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料为上述方案所述的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料或上述方案所述制备方法制备得到的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料。12、优选的，所述原位复合在超声的条件下进行；所述原位复合的时间为0.3～1h。13、本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的树脂基纤维织物自润滑材料，包括树脂基纤维织物和负载在所述树脂基纤维织物上的mxene-纳米芳纶改性ptfe，所述mxene-纳米芳纶改性ptfe包括聚四氟乙烯以及与所述聚四氟乙烯原位复合的mxene-纳米芳纶；所述mxene-纳米芳纶包括mxene纳米薄层片以及与所述mxene纳米薄层片交联的纳米芳纶纤维。14、优选的，所述的树脂基纤维织物自润滑材料，所述mxene-纳米芳纶改性ptfe的质量为所述树脂基纤维织物中树脂质量的0.5～7.5％。15、本发明提供了上述方案所述树脂基纤维织物自润滑材料在机械设备零部件接触面中的应用。16、本发明提供了一种mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料，包括聚四氟乙烯乳液和分散在所述聚四氟乙烯乳液中的mxene-纳米芳纶；所述mxene-纳米芳纶包括mxene纳米薄层片以及与所述mxene纳米薄层片交联的纳米芳纶纤维。17、本发明所用的聚四氟乙烯(ptfe)本身具有良好的润滑性能，与mxene-纳米芳纶纤维组装后提高了其强度与力学性能；纳米芳纶纤维具有较大的长径比和高比表面积，增加了其活性位点。本发明将mxene纳米薄片层锚固于具有三维网状结构的纳米芳纶纤维中，通过形成骨架增加了其交联程度；mxene纳米薄片的加入在不损失芳纶纤维原本的高机械强度性能的同时增加了其弯曲强度和韧性，使树脂基纤维织物具有更良好的耐磨和力学延展性能。18、本发明提供了一种树脂基纤维织物自润滑材料的制备方法。本发明将mxene-纳米芳纶以树脂基纤维织物为载体与ptfe进行原位复合改性，能使mxene-纳米芳纶和ptfe更均匀有效的进入织物表层及内部微孔道进行薄层甚至单层分散，在防止ptfe团聚的同时，也增加了其与树脂的相容性，经后续热处理后，在树脂基纤维织物孔道与表层形成均匀连续的固相聚合物耐磨层，当织物衬垫接触面局部受力时能够更有效的将所受的力转移传递到其它部位，达到局部卸载荷作用，增加衬垫的使用性能。19、本发明中mxene-纳米芳纶改性ptfe与树脂基纤维织物复合后，所得树脂基纤维织物复合材料界面处的mxene纳米片在摩擦过程中被转移至摩擦对偶上，参与摩擦转移膜的形成，其具有的磁学性质能改善ptfe转移膜与对偶结合力弱的缺陷，使所得树脂基纤维织物复合材料具有更好的耐磨性。技术特征：1.一种mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料，其特征在于，包括聚四氟乙烯乳液和分散在所述聚四氟乙烯乳液中的mxene-纳米芳纶；所述mxene-纳米芳纶包括mxene纳米薄层片以及与所述mxene纳米薄层片交联的纳米芳纶纤维。2.根据权利要求1所述的mxene-纳米芳纶改性ptfe，其特征在于，所述mxene-纳米芳纶和聚四氟乙烯的质量比为(0.5～5):10；所述mxene纳米薄层片和纳米芳纶纤维的质量比为(2～15):100。3.权利要求1或2所述的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料的制备方法，包括以下步骤：4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述mxene纳米薄层片分散液的浓度为2.5mg/ml；所述纳米芳纶纤维溶胶的浓度为2～10mg/ml。5.权利要求1或2所述的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料或权利要求3～4任意一项所述制备方法制备得到的mxene-纳米芳纶改性ptfe复合材料在制备树脂基纤维织物自润滑材料中的应用。6.一种树脂基纤维织物自润滑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述原位复合在超声的条件下进行；所述原位复合的时间为0.3～1h。8.权利要求6或7所述制备方法制备得到的树脂基纤维织物自润滑材料，其特征在于，包括树脂基纤维织物和负载在所述树脂基纤维织物上的mxene-纳米芳纶改性ptfe，所述mxene-纳米芳纶改性ptfe包括聚四氟乙烯以及与所述聚四氟乙烯原位复合的mxene-纳米芳纶；所述mxene-纳米芳纶包括mxene纳米薄层片以及与所述mxene纳米薄层片交联的纳米芳纶纤维。9.根据权利要求8所述的树脂基纤维织物自润滑材料，其特征在于，所述mxene-纳米芳纶改性ptfe的质量为所述树脂基纤维织物中树脂质量的0.5～7.5％。10.权利要求8～9任意一项所述树脂基纤维织物自润滑材料在机械设备零部件接触面中的应用。技术总结本发明提供了一种MXene‑纳米芳纶改性PTFE复合材料及其制备方法和应用、树脂基纤维织物自润滑材料及其制备方法和应用，属于功能高分子润滑材料技术领域。本发明所用的聚四氟乙烯(PTFE)本身具有良好的润滑性能，与MXene‑纳米芳纶纤维组装后提高了其强度与力学性能；纳米芳纶纤维具有较大的长径比和高比表面积，增加了其活性位点。本发明将MXene纳米薄片层锚固于具有三维网状结构的纳米芳纶纤维中，通过形成骨架增加了其交联程度；MXene纳米薄片的加入在不损失芳纶纤维原本的高机械强度性能的同时增加了其弯曲强度和韧性，使树脂基纤维织物具有更良好的耐磨和力学延展性能。技术研发人员：钱玲,张招柱,杨明明,袁军亚,姜葳,王坤,储凡杰受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29