一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN202110994028.1
文献号 : CN113621210B
文献日 : 2022-05-03
发明人 : 张新瑞 , 谢海 , 李宋 , 王齐华 , 王廷梅
申请人 : 中国科学院兰州化学物理研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,按照质量份数计,包括以下制备原料:聚四氟乙烯树脂 60 70份;
~
锡青铜粉 20 30份;
~
聚酰亚胺 5 10份;
~
玻璃纤维 1 5份;
~
石墨 1 5份;
~
无机纳米填料 0.5 2份;
~
偶联剂 0.05 0.2份;
~
所述聚四氟乙烯树脂、锡青铜粉、聚酰亚胺、玻璃纤维和石墨的粒径为微米级;
所述偶联剂包括三甲氧基硅烷N‑[3‑(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺和/或3‑氨丙基三乙氧基硅烷;
所述聚四氟乙烯树脂的粒径为50 100μm;
~
所述锡青铜粉的粒径为1 2μm;
~
所述聚酰亚胺的粒径为38 45μm;
~
所述玻璃纤维的直径为8 14μm,长径比为(8 10):1;
~ ~
所述石墨的粒径为1 10μm;
~
所述无机纳米填料包括纳米碳化硅、纳米氮化硅和纳米二氧化硅中的一种或几种;
所述无机纳米填料的粒径为15 40nm。
~
2.如权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,所述锡青铜粉的牌号为663。
3.权利要求1或2所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将偶联剂、无机纳米填料、玻璃纤维、聚四氟乙烯树脂、聚酰亚胺、石墨、锡青铜粉和无水乙醇混合,得到混合料;
将所述混合料压制成型,得到毛坯料;
将所述毛坯料进行烧结,得到所述聚四氟乙烯复合材料;
所述聚四氟乙烯树脂、锡青铜粉、聚酰亚胺、玻璃纤维和石墨的粒径为微米级。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述偶联剂与无水乙醇的质量比为1:(2000 4000)。
~
5.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述压制成型包括依次进行的正向压制和倒立压制;
所述正向压制的压力为15 25MPa,保压时间为1 6min;
~ ~
所述倒立压制的压力为30 50MPa,保压时间为5 8min。
~ ~
6.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述烧结的过程包括:以3 5℃/min的升~
温速率由室温升至270 280℃保温20 40min后,以1 2℃/min的升温速率由270 280℃升至~ ~ ~ ~
325 345℃保温20 40min后,以1 2℃/min的升温速率由325 345℃升至360 365℃保温100~ ~ ~ ~ ~ ~
200min后,以0.5 1℃/min的降温速率由360 365℃降温至270 280℃保温150 200min,随炉~ ~ ~ ~
冷却。
7.权利要求1或2所述聚四氟乙烯复合材料或权利要求3 6任一项所述的制备方法制备~
得到的聚四氟乙烯复合材料在润滑密封领域中的应用。
说明书 :
一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
料和部件浪费,而且可能直接导致灾难性的事故。随着新型装备服役条件愈发苛刻,宽温
域、重载、高速、强冲击及不良润滑等苛刻工况对材料的润滑抗磨性能提出了极高的要求。
差等问题,无法满足使用要求,必须进行填充改性才能满足苛刻工况的使用要求。为了提高
其承载能力和耐磨性,现有技术一般通过添加纤维、固体润滑剂及其他特种纳米功能填料
来实现,但是其在填充上述填料后,其拉伸强度和韧性都下降,很难实现高承载能力与高的
断裂伸长率。
发明内容
后,以1~2℃/min的升温速率由325~345℃升至360~365℃保温100~200min后,以0.5~1
℃/min的降温速率由360~365℃降温至270~280℃保温150~200min,随炉冷却。
份;无机纳米填料0.5~2份;偶联剂0.05~0.2份;所述聚四氟乙烯树脂、锡青铜粉、聚酰亚
胺、玻璃纤维和石墨的粒径为微米级。所述锡青铜粉可以显著提高聚四氟乙烯的抗承载、导
热和抗磨性能;所述玻璃纤维可以提高聚四氟乙烯耐磨复合材料的力学性能以及对聚四氟
乙烯起到改性作用进而稳定其摩擦系数;所述聚酰亚胺与聚四氟乙烯树脂有很好的相容
性,可同时发挥增强增韧的作用;所述无机纳米填料与所述聚四氟乙烯树脂、锡青铜粉、聚
酰亚胺、玻璃纤维和石墨之间存在协同复合作用,可同时增加材料的强度和韧性,并且可以
显著提高材料的抗磨损性能;所述偶联剂可以对无机纳米填料和玻璃纤维进行改性,提高
其在聚四氟乙烯树脂基体中的分散性,提高其与聚四氟乙烯树脂基体的界面结合力。进而
提高所述聚四氟乙烯耐磨复合材料的强度和韧性。
具体实施方式
优选为50~100μm,更优选为60~80μm。
铜粉的牌号优选为663。在本发明中,所述锡青铜粉的粒径优选为1~2μm。在本发明中,所述
锡青铜粉可以有效的改善使用纯铜粉在空气中易氧化生成氧化铜的问题。
亚胺;本发明对所述热塑性聚酰亚胺的种类没有任何特殊的限定,采用本领域技术人员熟
知的过程进行即可。在本发明中,所述聚酰亚胺的粒径优选为38~45μm,更优选为40~42μ
m。
维的直径优选为8~14μm,更优选为10~12μm;长径比优选为(8~10):1,更优选为(8.5~
9.5):1。
径优选为1~10μm,更优选为4~7μm。
包括纳米碳化硅、纳米氮化硅和纳米二氧化硅中的一种或几种;当所述无机纳米填料为上
述具体选择中的两种以上时,本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定,按任意
配比进行混合即可。在本发明中,所述无机纳米填料的粒径优选为15~40nm,更优选为20~
35nm,最优选为25~30nm。
氧基硅烷N‑[3‑(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺和/或3‑氨丙基三乙氧基硅烷,更优选包括三
甲氧基硅烷N‑[3‑(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺;当所述偶联剂为上述具体选择中的两种以
上时,本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定,按任意配比进行混合即可。
在本发明中,所述第一混合的时间优选为0.5~1h,更优选为0.6~0.8h;所述第二混合的时
间优选为0.5~1h,更优选为0.6~0.8h;所述第三混合的时间优选为1~2h,更优选为1.3~
1.6h。
45s。在本发明中,所述粉碎优选在小型万能粉碎机中进行。在本发明中,所述过筛采用的筛
网孔径优选为35目~70目筛。在本发明的具体实施例中,相对于直径为177mm,深度为70mm
的粉碎机,所述混合料的加入量优选为200~400g,更优选为230~250g;
更优选为1.2~2min。在本发明中,所述倒立压制的压力优选为30~50MPa,更优选为35~
45MPa,最优选为38~42MPa;保压时间优选为5~8min,更优选为6~7min。在本发明中,采用
正向压制的倒立压制结合的方式进行压制成型的目的是保证受力均匀、各部分密度的均一
性。
~40min后,以1~2℃/min的升温速率由325~345℃升至360~365℃保温100~200min后,
以0.5~1℃/min的降温速率由360~365℃降温至270~280℃保温150~200min,随炉冷却;
更优选包括以4℃/min的升温速率由室温升至273~276℃保温25~35min后,以1.3~1.5
℃/min的升温速率由273~276℃升至330~340℃保温25~35min后,以1.4~1.6℃/min的
升温速率由330~340℃升至362~363℃保温130~160min后,以0.6~0.8℃/min的降温速
率由362~363℃降温至273~276℃保温160~180min,随炉冷却。
方法没有任何特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。
后,再加入70g聚四氟乙烯树脂(粒径为50μm)、5g聚酰亚胺(粒径为45μm)、3g石墨(粒径为5μ
m)和20g锡青铜粉(牌号663,粒径为2μm),搅拌1h后,过滤,干燥,得到混合料;
后,采用50MPa的压力倒立压制5min,脱模,得到毛坯料;
由325℃升至360℃保温100min后,由360℃降温至270℃保温200min,随炉冷却,得到所述聚
四氟乙烯复合材料。
12μm,长径比为10:1),搅拌1h后,再加入65g聚四氟乙烯树脂(粒径为70μm)、10g聚酰亚胺
(粒径为38μm)、1g石墨(粒径为1μm)和25g锡青铜粉(牌号663,粒径为1μm),搅拌1h后,过滤,
干燥,得到混合料;
后,采用45MPa的压力倒立压制7min,脱模,得到毛坯料;
率由330℃升至365℃保温150min后,由365℃降温至270℃保温180min,随炉冷却,得到所述
聚四氟乙烯复合材料。
后,再加入60g聚四氟乙烯树脂(粒径为100μm)、5g聚酰亚胺(粒径为45μm)、2g石墨(粒径为
10μm)和30g锡青铜粉(牌号663,粒径为1.5μm),搅拌1.5h后,过滤,干燥,得到混合料;
后,采用40MPa的压力倒立压制5min,脱模,得到毛坯料;
由325℃升至365℃保温100min后,由365℃降温至270℃保温200min,随炉冷却,得到所述聚
四氟乙烯复合材料。
径为14μm,长径比为9:1),搅拌0.8h后,再加入60g聚四氟乙烯树脂(粒径为75μm)、10g聚酰
亚胺(粒径为38μm)、5g石墨(粒径为10μm)和20g锡青铜粉(牌号663,粒径为2μm),搅拌2h后,
过滤,干燥,得到混合料;
后,采用30MPa的压力倒立压制8min,脱模,得到毛坯料;
由340℃升至365℃保温120min后,由365℃降温至280℃保温200min,随炉冷却,得到所述聚
四氟乙烯复合材料。
实施例2和实施例5,可以发现,降低填充聚酰亚胺的粒径,其耐磨损性能和压缩变形率轻微
减小,但可以显著提高材料的拉伸强度和断裂伸长率;通过对比实施例2和实施例6,可以发
现,降低填充锡青铜粉的粒径,可以显著提高材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐磨损性能;
通过对比实施例4和对比例2,可以发现,对无机纳米填料和玻璃纤维进行表面处理,可显著
材料的拉伸强度和抗磨损性能;通过对比实施例2和对比例3,可以发现,填充少量无机纳米
填料对聚四氟乙烯材料承载和抗磨损性能改善有限,结合对比例1可以发现无机纳米填料
和其他填料复合填充,改善效果更佳。
视为本发明的保护范围。