一種埃洛石/超細(xì)無(wú)機(jī)粉末/聚四氟乙烯微納復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種聚四氣己締微納復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚四氣己締（PTFE)不僅具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，還是一種具有極低摩擦系數(shù)和 自潤(rùn)滑的材料，使其在化學(xué)、電子、生物工程、食品行業(yè)及其他一些相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然 而，PTFE同時(shí)具有耐摩擦性較差，線膨脹系數(shù)較大等限制了其在許多高要求場(chǎng)合下的應(yīng)用。 因此，目前國(guó)內(nèi)外許多研究集中在PTFE力學(xué)、耐磨及抗蠕變性能改善研究。其中，聚四氣己 締的填充改性是一種廣泛應(yīng)用的改性方法，通過填料的填充改變PTFE的結(jié)晶行為、通過調(diào) 節(jié)填料與基體之間界面粘接性能，獲得高性能的聚四氣己締復(fù)合材料。
[0003] 目前常用的聚四氣己締的填料主要為碳酸巧，滑石粉，稀±，二硫化鋼，石墨，玻璃 纖維，碳纖維，銅粉，鉛粉等。碳纖（C巧填充PTFE在一定條件下，與純PTFE相比，CF能降 低摩擦系數(shù)，并大幅度減小磨損量，但發(fā)現(xiàn)形成的轉(zhuǎn)移膜不太連續(xù)而CF填充PTFE復(fù)合材 料大大提高了復(fù)合材料的承載能力，提高了復(fù)合材料的耐磨性，但增大了復(fù)合材料的摩擦 系數(shù)。但有文獻(xiàn)表明，隨著CF的增加，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)下降。碳納米管（CNT)填充 PTFE極大提高了復(fù)合材料的耐磨性，同時(shí)降低了其摩擦系數(shù)，但是CNT價(jià)格昂貴。二硫化 鋼的填充會(huì)提高PTFE的耐磨性，但抗蠕變性能不能得到有效提升。玻璃纖維的填充會(huì)大幅 度提高PTFE的耐磨性能與抗蠕變性能，但斷裂伸長(zhǎng)率及拉伸強(qiáng)度會(huì)大幅度下降。銅粉，鉛 粉的加入會(huì)造成重金屬污染等。因此，尋找一種既能保持PTFE優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)，又能賦予 PTFE優(yōu)異的耐磨性能及抗蠕變性能的填充改性方法具有非常迫切的需求。超細(xì)滑石粉具有 獨(dú)特的片層狀微觀結(jié)構(gòu)，比表面積大，良好的分散性及潤(rùn)滑性，對(duì)高分子材料的填充改性可 望在力學(xué)、摩擦學(xué)W及蠕變等性能起到提升作用。前人將滑石粉添加到塑料中，發(fā)現(xiàn)它可改 善塑料的化學(xué)和尺寸穩(wěn)定性，耐熱性，硬度和堅(jiān)實(shí)性，抗沖擊強(qiáng)度，導(dǎo)熱系數(shù)，電絕緣性，抗 拉強(qiáng)度，抗蠕變能力等性能。
[0004] 埃洛石（HNTs)不僅具有天然的納米中空管狀結(jié)構(gòu)，還具有一定的長(zhǎng)徑比，與碳納 米管具有相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)。但其結(jié)構(gòu)比碳納米管更穩(wěn)定，具有更好的生物相容性。且HNTs 是天然形成的，價(jià)格便宜。當(dāng)加入HNTs之后，在材料表面形成潤(rùn)滑膜從而減小了材料所受 的摩擦力，因此可W顯著提高復(fù)合材料的耐磨性，降低摩擦系數(shù)。HNTs的填充，可W有效提 高聚合物的力學(xué)性能與耐磨性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)上述缺陷提供一種埃洛石/超細(xì)無(wú)機(jī)粉末/聚四氣己締微納復(fù)合材料 的制備方法。
[0006] 本發(fā)明包括W下步驟： (1)通過機(jī)械高速共混制備聚四氣己締與無(wú)機(jī)粉末的均勻混合料； (2) 將所制得的混合粉料在30~50Ml^a壓力下冷壓成型，并保壓2~5分鐘，脫膜， 取得片狀樣品； (3) 將所得樣品置于馬弗爐中，W150~200°C/小時(shí)的升溫速率升溫至370~380°C， 保溫2小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到埃洛石/超細(xì)無(wú)機(jī)粉末/聚四氣己締微納復(fù)合材 料。
[0007] 本發(fā)明通過無(wú)機(jī)微納粒子的填充改善PTFE的結(jié)晶行為，通過調(diào)控?zé)o機(jī)微納粒子 與PTFE的界面粘結(jié)力而實(shí)現(xiàn)保持PTFE優(yōu)異的力學(xué)性能的同時(shí)，賦予PTFE優(yōu)異的耐磨性能W及抗蠕變性能，通過冷壓燒結(jié)法制備埃洛石/超細(xì)無(wú)機(jī)粉末/聚四氣己締微納復(fù)合材料。 [000引本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)及有益效果： 1、 超細(xì)無(wú)機(jī)粉體與埃洛石對(duì)PTFE起到異相成核的作用，增加了PTFE的結(jié)晶度，使體系 的力學(xué)性能得到顯著改善； 2、 超細(xì)無(wú)機(jī)粉體與埃洛石的微納米效應(yīng)對(duì)PTFE起到增強(qiáng)與增初作用； 3、 利用超細(xì)無(wú)機(jī)粉體良好的潤(rùn)滑作用，W及可W吸收摩擦?xí)r產(chǎn)生的能量，從而達(dá)到較 好的減摩作用； 4、 超細(xì)無(wú)機(jī)粉體作為PTFE異相結(jié)晶成核點(diǎn)起到類似于物理交聯(lián)的作用，有效提高 PTFE的抗蠕變性能。
[0009] 5、采用該方法制得的復(fù)合材料力學(xué)性能、耐摩擦性能和抗蠕變性能優(yōu)異。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟1)中，聚四氣己締占混合粉料總質(zhì)量的65~99%，埃洛 石占混合粉料總質(zhì)量的0. 1~10%，超細(xì)無(wú)機(jī)粉末占混合粉料總質(zhì)量的0. 1~30%。該混合 比條件下制成的復(fù)合材料既具有優(yōu)異的力學(xué)性能，又具有優(yōu)異耐磨性能及抗蠕變性能。
[0011] 所述聚四氣己締粒徑為20~100ym。所述埃洛石為過200目篩的埃洛石。200 目HNTs的加入可W降低成本，并在體系中起到異相成核和物理交聯(lián)的作用，提高復(fù)合材料 的綜合性能。
[0012] 所述超細(xì)無(wú)機(jī)粉末的粒徑為1~40ym。1~40ym超細(xì)無(wú)機(jī)粉末的加入可W降 低成本，并在體系中起到異相成核和物理交聯(lián)的作用，提高體系的性能。
[0013] 所述超細(xì)無(wú)機(jī)粉末為碳酸巧，滑石粉，二硫化鋼，石墨，玻璃纖維，碳纖維的至少一 種。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0015]W下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明，但該些實(shí)施例的目的并不 在于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在該些實(shí)施例中，除另有說(shuō)明外，所有百分含量均W重量計(jì)。
[0016] 實(shí)施例1; 將粒徑25ym的聚四氣己締和玻纖W質(zhì)量比為70 ;30的比例混合，通過機(jī)械共混制備 玻纖/聚四氣己締的均勻混合料。
[0017] 將所制得的粉料在35MI^a壓力下冷壓成型，并保壓2分鐘。將所得片狀樣品脫模 取出，置于馬弗爐中，W200°C/小時(shí)的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小時(shí)，再將燒結(jié) 產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫，得到玻纖改性聚四氣己締復(fù)合材料。
[0018] 該玻纖改性聚四氣己締復(fù)合材料按GB/T1040-92檢測(cè)，其斷裂伸長(zhǎng)率=268.68%， 拉伸強(qiáng)度=15. 75MPaDGB/T3960-1983檢測(cè)，其磨損量=0. 2mg，摩擦系數(shù)=0. 18。在40~100°C時(shí)，線膨脹系數(shù)比純PTFE降低近2個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0019] 實(shí)施例2 ; 將粒徑25ym的聚四氣己締和粒徑4ym的滑石粉W95 ;5的質(zhì)量比混合，通過機(jī)械共 混制備滑石粉/聚四氣己締的均勻混合料。
[0020] 將所制得的粉料在35MI^a壓力下冷壓成型，并保壓2分鐘。將所得片狀樣品脫模 取出，置于馬弗爐中，W200°C/小時(shí)的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小時(shí)，再將燒結(jié) 產(chǎn)物隨爐冷卻至室溫，得到滑石粉改性聚四氣己締復(fù)合材料。
[0021] 該滑石粉填充聚四氣己締復(fù)合材料按GB/T1040-92檢巧U，其斷裂伸長(zhǎng)率 =632. 53%，拉伸強(qiáng)度=28. 05MPa。GB/T396