專利名稱：一種聚四氟乙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及承重材料技術領域，尤其涉及一種聚四氟乙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
聚四氟乙烯(PTFE)具有杰出的優良綜合性能，耐高溫，耐腐蝕、不粘、自潤滑、優良的介電性能、很低的摩擦系數，它已被廣泛地用作密封材料和填充材料。但純PTFE的硬度低、耐磨性能較差、機械強度低，在外力作用下會產生較大的粘彈性變形，易蠕變等，這些缺點限制了 PTFE在重載工況下的應用。為了彌補PTFE機械性能上的不足，現有技術采用填充劑對其進行改性，并發展了多種模壓成型工藝。PTFE材料成型目前主要有四種方法高溫模壓成型、冷壓燒結成型、等離子噴涂成型、分散體涂覆成型，最廣泛的成型方法為冷壓燒結成型。對PTFE改性的填料可分為無機填料、有機填料和纖維增強填料等，主要有二氧化硅(Si02)、二氧化鈦(Ti02)、氧化招(A1203)、氧化錯(ZrO2)、青銅粉、石墨、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯腈(PAN)、聚對羥基苯甲酸苯酯(POB)、聚酰亞胺(PI)、液晶聚合物(LCP)、碳纖維、玻璃纖維。目前，玻璃纖維增強PTFE應用較為廣泛，這類產品能滿足工業上的一般要求，但是，玻璃纖維的耐堿性很差，復合材料會因此而縮短使用壽命，玻璃纖維填充后的復合材料熱變形溫度提高幅度不大，沖擊強度下降較多。隨著對碳纖維研究的深入，其能夠提高材料的機械強度，因此現有技術中有研究采用碳纖維增強PTFE，得到的復合材料的拉伸強度有較大幅度提高，但沖擊強度明顯降低，更重要的是該復合材料在強氧化劑中不耐氧化，導致復合材料變軟，喪失所有的性能。為了從整體上提高聚四氟乙烯復合材料的性能，申請號為200510095700. 4的中國專利公開了一種高耐磨性聚四氟乙烯復合材料及其制備方法，在該專利中，所述聚四氟乙烯復合材料由聚四氟乙烯和聚丙烯腈粉末混合后，經壓制成型、高溫燒結形成，其組分中可選擇添加金屬及金屬氧化物、非金屬氧化物、碳化物和其他纖維類填充物等，以增強其相應的性能。該專利提供的聚四氟乙烯復合材料在一定程度上增加了分散性和耐磨性，但其中金屬粒子與PTFE缺乏相容性，容易產生分離，而且會對對磨面產生磨損，使材料的摩擦系數增加。

發明內容
本發明的目的在于提供一種聚四氟乙烯復合材料及其制備方法，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較低的摩擦系數和較高的機械強度。本發明提供了一種聚四氟乙烯復合材料，包括以下組分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚對輕基苯甲酸苯酷；O. lwt% 10wt%的膨脹石墨；O. lwt% 10wt% 的晶須；
O. 01wt% 0. lwt% 的偶聯劑。優選的，所述聚四氟乙烯的粒徑為1μπι 100μπι。優選的，所述聚對輕基苯甲酸苯酯的粒徑為5μηι 100 μ m。優選的，所述晶須的直徑為5μπι 20μπκ長徑比為I: (4 30)。優選的,所述膨脹石墨的膨脹率100mL/g 400mL/g。本發明提供了一種聚四氟乙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟a)將上述技術方案所述的組分混合溶于有機溶劑中，得到混合溶液；b)將所述步驟a)得到的混合溶液進行烘干，得到干燥混合物； c)將所述步驟b)得到的干燥混合物進行真空冷壓燒結，得到聚四氟乙烯復合材料；或將所述步驟b)得到的干燥混合物進行真空熱壓成型，得到聚四氟乙烯復合材料。優選的，所述真空冷壓燒結的真空度為(I. O 10) X10_3Pa。優選的，所述真空冷壓燒結的壓力為20MPa 30MPa ；所述真空冷壓燒結的燒結溫度為360°C 400°C。優選的，所述真空熱壓成型的真空度為(I. O 10) X 10 .優選的，所述真空熱壓成型的壓力為30MPa 50MPa ；所述真空熱壓成型的加熱溫度為360°C 380°C。本發明提供一種聚四氟乙烯復合材料，包括以下組分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚對輕基苯甲酸苯酯；0. lwt% 10wt%的膨脹石墨；0. lwt% 10wt%的晶須；0. 01wt% O. ^^%的偶聯劑。本發明采用聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的作用下對聚四氟乙烯進行改性，提高了其拉伸強度和耐磨性；而且在本發明提供的聚四氟乙烯復合材料中還包括膨脹石墨，膨脹石墨的加入降低了材料的摩擦系數；本發明提供的聚四氟乙烯復合材料中還包括晶須，晶須的高度取向結構使其具有高強度、高模量和高伸長率，因此提高了聚四氟乙烯復合材料的機械性能。因此，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的機械強度，較低的摩擦系數，較好的拉伸強度、球磨痕硬度和耐磨性。實驗結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的摩擦系數可達到O. 17，磨損率為3. 98X 10_7cm3/N -m,在120MPa壓強下具有較高的抗壓強度。


圖I為本發明實施例制備的聚四氟乙烯復合材料的壓縮強度試驗曲線圖。
具體實施例方式本發明提供了一種聚四氟乙烯復合材料，包括以下組分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚對輕基苯甲酸苯酯；O. lwt% 10wt%的膨脹石墨；O. lwt% 10wt% 的晶須；O. 01wt% O. lwt% 的偶聯劑。
本發明提供了一種聚四氟乙烯復合材料，包括主體材料聚四氟乙烯，在偶聯劑存在的條件下采用聚對羥基苯甲酸苯酯對聚四氟乙烯進行改性，提高了其機械性能；而且，本發明提供的材料中還包括膨脹石墨，能夠降低材料的摩擦系數；本發明提供的材料中還包括晶須，晶須的高度取向結構使其具有高強度、高模量和高伸長率，進一步提高了聚四氟乙烯復合材料的機械性能。因此，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的耐磨性、承壓性和較低的摩擦系數，適用于其在重在工況下的應用。本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的原料包括60wt% 95wt%的聚四氟乙烯，優選為64. 95wt% 93. 99wt%的聚四氟乙烯。本發明對所述聚四氟乙烯的來源及結構參數等沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的聚四氟乙烯即可。所述聚四氟乙烯可以為市售商品，也可以按照本領域技術人員熟知的制備方法進行制備。在本發明中，所述聚四氟乙烯的粒徑優選為I μ m 100 μ m,更優選為10 μ m 90 μ m。 本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的原料包括3wt% 35wt%的聚對羥基苯甲酸苯酯，優選為5wt% 25wt%。本發明對所述聚對羥基苯甲酸苯酯沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的聚對羥基苯甲酸苯酯即可。在本發明中，可以采用聚對羥基苯甲酸苯酯的市售商品，也可以采用本領域技術人員熟知的制備方法進行制備得到聚對羥基泵甲酸苯酯。在本發明中，所述聚對輕基苯甲酸苯酯的粒徑優選為5 μ m 100 μ m,更優選為10 μ m 90 μ m。聚對羥基苯甲酸苯酯具有耐高溫、耐磨耗、耐溶劑、耐輻射、耐壓縮蠕變、有潤滑、絕緣和導熱等一系列優良性能，在本發明中，所述聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的存在下對聚四氟乙烯進行改性，提高了聚四氟乙烯的機械性能、潤滑性能和耐磨耗性能。本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的原料包括O. 01wt% O. lwt%的偶聯劑，更優選為O. 01wt% O. 05wt%o在本發明中，所述偶聯劑優選為硅烷和/或鈦酸酯，更優選為硅烷。在偶聯劑的作用下，上述技術方案所述的聚對羥基苯甲酸苯酯對聚四氟乙烯進行交聯改性，提高了聚四氟乙烯的機械性能。本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的原料包括O. lwt% 10wt%的膨脹石墨,優選為O. 5wt% 5wt%。膨脹石墨具有極強的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤滑性，極強的抗高、低溫、抗腐蝕、抗輻射特性，極強的抗震特性，極強的電導率，極強的抗老化、抗扭曲的特性，可以抵制各種金屬的熔化及滲透，無毒、不含任何致癌物，對環境沒有危害。本發明采用膨脹石墨作為聚四氟乙烯復合材料的原料，使得到的聚四氟乙烯復合材料具有較低的摩擦系數，在使用的過程中，不易磨損，具有較高的使用壽命。本發明對所述膨脹石墨沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的膨脹石墨即可。在本發明中，可以采用膨脹石墨的市售商品，也可以采用本領域技術人員熟知的制備方法制備得到的膨脹石墨。在本發明中，所述膨脹石墨的膨脹率優選為100mL/g 400mL/g,更優選為150mL/g 350mL/g。本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的原料包括O. lwt% 10wt%的晶須，優選為O. 5wt% 5wt%。晶須是指在人工控制條件下以單晶形式生長成的一種纖維，其直徑非常小(微米數量級)，不含有通常材料中存在的缺陷(晶界、位錯、空穴等)，其原子排列高度有序，因而其強度接近于完整晶體的理論值，其機械強度等于鄰接原子間力。晶須的高度取向結構使其具有高強度、高模量和高伸長率。晶須的強度遠高于其他短切纖維，主要用作復合材料的增強體，用于制造高強度復合材料。在本發明中，晶須的加入進一步提高了聚四氟乙烯復合材料的機械性能。本發明對所述晶須沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的晶須即可。在本發明中，所述晶須優選為玄武巖晶須或碳化硅晶須，更優選為玄武巖晶須，所述晶須的直徑優選為5 μ m 20 μ m,更優選為10 μ m 15 μ m ;所述晶須的長徑比優選為I:(4 30)，更優選為I: (8 25)。本發明提供一種聚四氟乙烯復合材料，包括以下組分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚對輕基苯甲酸苯酯；0. lwt% 10wt%的膨脹石墨；0. lwt% 10wt%的晶須；0. 01wt% O. lwt%的偶聯劑。在本發明中，聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的作用下對聚四氟乙烯進行改性，提高了其拉伸強度和耐磨性；膨脹石墨的加入降低了材料的摩擦系數；晶須的聞度取向結構使其具有聞強度、聞1旲量和聞伸長率，因此晶須的加入提聞了聚四氟乙烯復合材料的機械性能。因此，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的機械強度，較低的摩擦系數，較好的拉伸強度、球磨痕硬度和耐磨性。本發明提供了一種聚四氟乙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟a)將上述技術方案所述的組分混合溶于有機溶劑中，得到混合溶液；b)將所述步驟a)得到的混合溶液進行烘干，得到干燥混合物；c)將所述步驟b)得到的干燥混合物進行真空冷壓燒結，得到聚四氟乙烯復合材料；或將所述步驟b )得到的干燥混合物進行真空熱壓成型，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明提供一種聚四氟乙烯復合材料的制備方法，首先將上述技術方案所述的組分溶于有機溶劑中，得到混合溶液。本發明對上述技術方案所述的組分在有機溶劑中的溶解順序沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的溶解多個組分的技術方案即可。本 發明優選先將上述技術方案所述的聚四氟乙烯溶于有機溶劑中，得到聚四氟乙烯的有機溶液；然后向其中加入上述技術方案所述的聚對羥基苯甲酸苯酯、膨脹石墨和晶須，溶解后再向其中滴加偶聯劑，混合均勻后的混合溶液。本發明為了得到混合均勻的混合溶液，優選將上述技術方案所述的組分溶于有機溶劑后，采用超聲振蕩同時進行旋流攪拌的方式使其混合均勻，所述超聲振蕩的時間優選為20分鐘 60分鐘。在本發明中，所述有機溶劑優選為醇類化合物，更優選為無水乙醇。得到混合溶液后，本發明將所述混合溶液進行烘干，得到干燥混合物。本發明對所述烘干的方法沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的烘干的技術方案即可。本發明優選將所述混合溶液置于干燥箱內進行加熱烘干，得到干燥混合物，在本發明中，所述烘干的溫度優選為40°C 100°C，更優選為50°C 90°C ;所述烘干的時間優選為36h 60h，更優選為40h 50h。得到干燥混合物后，本發明將所述干燥混合物進行真空冷壓燒結，得到聚四氟乙烯復合材料。在制備的過程中，聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的作用下對聚四氟乙烯進行改性，同時使膨脹石墨和晶須復合其中，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明中，所述真空冷壓燒結的真空度優選為(I. O 10) X10_3Pa，更優選為(3. O 8. O) X KT3Pa ;所述真空冷壓燒結的壓力為20MPa 30MPa ;所述真空冷壓燒結的燒結溫度為360°C 400°C。在本發明中，所述真空冷壓燒結具體為在真空條件下，將所述干燥混合物進行模壓成型，得到模壓成型產物；將所述模壓成型產物進行燒結，得到燒結產物；
將所述燒結產物在加壓的條件下進行冷卻，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明首先為真空冷壓燒結過程提供真空條件，所述真空冷壓燒結的真空度優選為(I. O 10) X10_3Pa，更優選為(3. O 8. O) X 10_3Pa。在上述真空條件下，本發明優選將上述技術方案得到的干燥混合物冷卻，然后將冷卻后的混合物進行模壓成型，得到模壓成型產物。在本發明中，所述模壓成型的壓力優選為20MPa 30MPa，更優選為23MPa 28MPa ;所述模壓成型的時間優選為3min IOmin,更優選為5min 8min ；得到模壓成型產物后，本發明優選對所述模壓成型產物進行卸壓，然后再進行燒結，得到燒結產物。在本發明中，所述卸壓后的壓力優選為常壓；所述燒結的溫度優選為360°C 400°C，更優選為370°C 390°C ;所述燒結的時間優選為2h 6h，更優選為3h 5h ；得到燒結產物后，本發明將所述燒結產物在加壓的條件下進行冷卻，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明完成所述燒結過程后，停止加熱，將得到的燒結產物在加壓的條件下 進行冷卻，優選將所述燒結產物自然冷卻至室溫，得到聚四氟乙烯復合材料。在本發明中，所述加壓的壓力優選為40MPa 60MPa。本發明為了將得到的干燥混合物制成聚四氟乙烯復合材料，還可以將上述技術方案得到的干燥混合物進行真空熱壓成型，得到聚四氟乙烯復合材料。在制備過程中，聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的作用下對聚四氟乙烯進行改性，同時使膨脹石墨和晶須復合其中，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明中，所述真空熱壓成型的真空度優選為(I. O 10)Xl(T3Pa，更優選為(3. O 8. O) X KT3Pa ;所述真空熱壓成型的壓力為30MPa 50MPa ；所述真空熱壓成型的燒結溫度為360°C 380°C。在本發明中，所述真空熱壓成型具體為在真空條件下，將所述干燥混合物進行模壓成型，得到模壓成型產物；將所述模壓成型產物進行燒結，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明首先為真空熱壓成型過程提供真空條件，所述真空熱壓成型的真空度優選為(I. O 10) X10_3Pa，更優選為(3. O 8. O) X 10_3Pa。在上述真空條件下，本發明優選將上述技術方案得到的干燥混合物冷卻，然后將冷卻后的混合物進行模壓成型，得到模壓成型產物。在本發明中，所述模壓成型的壓力優選為30MPa 50MPa，更優選為35MPa 45MPa ;所述模壓成型的時間優選為3min IOmin,更優選為5min 8min ；得到模壓成型產物后，本發明優選將所述模壓成型產物進行卸壓，然后在對其進行燒結，得到聚四氟乙烯復合材料。在本發明中，所述卸壓后的壓力優選為常壓；所述燒結的溫度優選為360°C 380°C，更優選為365°C 375°C ;所述燒結的時間優選為2h 6h，更優選為3h 5h ;完成對所述模壓成型產物的燒結后，本發明優選停止加熱后，將得到的燒結產物冷卻至室溫，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明對所述冷卻的方法沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的冷卻的技術方案即可。本發明優選將得到的燒結產物自然冷卻至室溫。本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的機械強度，較小的摩擦系數，在拉伸強度、球壓痕硬度和耐磨性等方面都有明顯的進步，適用于制備旁承摩擦板。全旁承支承的轉向架，由于車體全部重量由旁承支承，在重車時車輛回轉阻力矩過大。由公式(I)可以看出，要解決重車時車輛回轉阻力矩過大的問題，可以采取降低旁承摩擦板摩擦系數μ，降低需要旁承載荷P，減小旁承中心距L這三種方式。但是在旁承載荷固定，旁承中心距無法減小的情況下，降低承載摩擦板摩擦系數成為了唯一的途徑。目前常用的旁承摩擦板的摩擦系數在(O. 3 O. 4)，不能滿足要求，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料制備的旁承摩擦板摩擦系數可以符合設計要求，且磨損率較低，滿足運營要求。Μ=μ XPXL (I)；公式(I)中，M為回轉阻力矩，μ為承載摩擦板的摩擦系數，P為車載壓力，L為旁承摩擦板中心距。本發明申請人委托中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所對本發明得到的聚四氟乙烯復合材料的性能及其應用產品的性能進行了測試，檢測依據參考運裝貨車 [2006] 158號文《鐵道貨車心盤磨耗盤和旁承磨耗板技術條件及檢測方法》，主要檢測設備為MTS液壓伺服試驗系統和摩擦磨損試驗機，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較低摩擦系數，較強的耐磨耗性能，較高的機械強度，而且以本發明提供的聚四氟乙烯復合材料制備的旁承摩擦板成品和副摩擦板成品也具有較低的摩擦系數和較高的耐磨耗性能。本發明提供一種聚四氟乙烯復合材料，包括以下組分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚對輕基苯甲酸苯酯；0. lwt% 10wt%的膨脹石墨；0. lwt% 10wt%的晶須；0. 01wt% O. lwt%的偶聯劑。在本發明中，聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的作用下對聚四氟乙烯進行改性，提高了其拉伸強度和耐磨性；膨脹石墨的加入降低了材料的摩擦系數；晶須的聞度取向結構使其具有聞強度、聞1旲量和聞伸長率，因此晶須的加入提聞了聚四氟乙烯復合材料的機械性能。因此，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的機械強度，較低的摩擦系數，較好的拉伸強度、球磨痕硬度和耐磨性。實驗結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料的摩擦系數可達到O. 17，磨損率為3. 98X10_7cm3/N ·ι ，在120MPa壓強下具有較高的抗壓強度。為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的聚四氟乙烯復合材料及其制備方法進行詳細的描述，但不能將它們理解為對本發明保護范圍的限定。在本發明中，對于得到的聚四氟乙烯復合材料和旁承摩擦板成品以及副摩擦板成品性能的測試由中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所實施。以下實施例中的玄武巖晶須購自深圳俄金碳材料科技有限公司，規格為單絲直徑在9 μ m以下。實施例I將93. 99g粒徑為I μ m的聚四氟乙烯用無水乙醇溶解，向其中加入5g粒徑為5 μ m的聚對輕基苯甲酸苯酯、O. 5g膨脹率為100mL/g的膨脹石墨和O. 5g玄武巖晶須纖維,溶解后再向其中滴加O. Olg硅烷偶聯劑，然后將得到的混合溶液放入超聲波容器中進行超聲，同時進行攪拌30min至混合均勻。將得到的混合均勻的材料放入干燥箱內，在60°C溫度下加熱烘干48h ;對燒結爐進行真空處理，使真空度達到I. OX 10_3Pa ;將烘干的材料冷卻后在25MPa壓力下模壓成型，保壓5min ;卸壓后加熱至380°C燒結，保溫4h ;停止加熱，自然冷卻到室溫，同時加壓50MPa，即得聚四氟乙烯復合材料。本發明檢測了得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦性能和機械性能，結果如表I、表2和圖I所示，表I為本發明實施例I 2得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦系數及磨損率測試數據，表2為本發明實施例I得到的聚四氟乙烯復合材料的抗壓強度試驗數據。圖I為本發明實施例I得到的聚四氟乙烯復合材料的壓縮強度試驗曲線圖，其中，曲線I為本發明實施例I得到的聚四氟乙烯復合材料制成的灰白樣的壓縮強度試驗曲線，曲線2為本發明實施例I得到的聚四氟乙烯復合材料制成的灰黑樣的壓縮強度試驗曲線，曲線3本發明實施例I得到的聚四氟乙烯復合材料制成的塑料環樣的壓縮強度試驗曲線，由圖I可以看出，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的壓縮強度。本發明將得到的聚四氟乙烯復合材料制成旁承摩擦板成品和副摩擦板成品，并檢測了得到的旁承摩擦板成品和副摩擦板成品的性能進行了檢測，結果如表3和表4所示，表3為本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據，表4為本發明實施例I得到的副摩擦板成品摩擦系數測試數據。實施例2將79. 98g粒徑為100 μ m的聚四氟乙烯用無水乙醇溶解，向其中加入16g粒徑為100 μ m的聚對輕基苯甲酸苯酯、2g膨脹率為400mL/g的膨脹石墨和2g玄武巖晶須,溶解后再向其中滴加O. 02g硅烷偶聯劑，然后將得到的混合溶液放入超聲波容器進行超聲，同時 進行攪拌30min至混合均勻。將得到的混合均勻的材料放入干燥箱內在60°C溫度下加熱烘干48h ;對燒結爐進行真空處理，真空度IX 10_2Pa ;將烘干的材料冷卻后在25MPa壓力下模壓成型，保壓5min ;卸壓后加熱至380°C燒結，保溫4h ;停止加熱，自然冷卻到室溫，同時加壓50MPa,得到聚四氟乙烯復合材料。本發明對得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦性能進行了測試，結果如表I所示，表I為本發明實施例I 2得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦系數及磨損率測試數據。本發明檢測了得到的聚四氟乙烯復合材料的機械性能，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的抗壓強度。本發明將得到的聚四氟乙烯復合材料制成旁承摩擦板成品和副摩擦板成品，并檢測了得到的旁承摩擦板成品和副摩擦板成品的性能進行了檢測，結果如表3所示，表3為本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據。實施例3將79. 97g粒徑為10 μ m的聚四氟乙烯用無水乙醇溶解，向其中加入14g粒徑為15 μ m的聚對輕基苯甲酸苯酯、3g膨脹率為120mL/g的膨脹石墨和3g玄武巖晶須,溶解后再向其中滴加O. 03g硅烷偶聯劑，然后將得到的混合溶液放入超聲波容器進行超聲，同時進行攪拌30min至混合均勻。將得到的混合均勻的材料放入干燥箱內在60°C溫度下加熱烘干48h ;對燒結爐進行真空處理，真空度2. OX 10_3Pa ;將烘干的材料冷卻后在25MPa壓力下模壓成型，保壓5min ;卸壓后加熱至380°C燒結，保溫4h ;停止加熱，自然冷卻到室溫，同時加壓50MPa，得到聚四氟乙烯復合材料。本發明對得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦性能進行了測試，結果如表I所示，表I為本發明實施例I 2得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦系數及磨損率測試數據。本發明檢測了得到的聚四氟乙烯復合材料的機械性能，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的抗壓強度。本發明將得到的聚四氟乙烯復合材料制成旁承摩擦板成品，并檢測了得到的旁承摩擦板成品的性能進行了檢測，結果如表3所示，表3為本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據。本發明還將得到的聚四氟乙烯復合材料制成副摩擦板成品，對其的摩擦系數進行了檢測，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較好的摩擦性能。實施例4將64. 95g粒徑為20 μ m的聚四氟乙烯用無水乙醇溶解，向其中加入25g粒徑為30 μ m的聚對輕基苯甲酸苯酯、5g膨脹率為150mL/g的膨脹石墨和5g玄武巖晶須,溶解后再向其中滴加O. 05g硅烷偶聯劑，然后將得到混合溶液放入超聲波容器進行超聲，同時進行攪拌30min至混合均勻。將得到的混合均勻的材料放入干燥箱內在60°C溫度下加熱烘干48h ;對燒結爐進行真空處理，真空度3. OX KT3Pa ;將烘干的材料冷卻后在25MPa壓力下模壓成型，保壓5min ;卸壓后加熱至380°C燒結，保溫4h ;停止加熱，自然冷卻到室溫，同時加壓50MPa,得到聚四氟乙烯復合材料。本發明對得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦性能和機械性能進行了測試，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較低的摩擦系數和較低的磨損率，具有較高的抗壓強度。 本發明將得到的聚四氟乙烯復合材料制成旁承摩擦板成品，并檢測了得到的旁承摩擦板成品的性能進行了檢測，結果如表3所示，表3為本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據。本發明還將得到的聚四氟乙烯復合材料制成副摩擦板成品，對其的摩擦系數進行了檢測，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較好的摩擦性能。實施例5將93.99g粒徑為30μπι的聚四氟乙烯用無水乙醇溶解，向其中加入5g粒徑為40 μ m的聚對輕基苯甲酸苯酯、O. 5g膨脹率為180mL/g的膨脹石墨和O. 5g玄武巖晶須,溶解后向其中滴加O. Olg硅烷偶聯劑，將得到的混合溶液放入超聲波容器進行超聲，同時進行攪拌30min至混合均勻。將得到的混合均勻的材料放入干燥箱內在60°C溫度下加熱烘干48h ;對燒結爐進行真空處理，真空度4. OX KT3Pa ;將烘干的材料冷卻后在25MPa壓力下模壓成型，保壓5min ;卸壓后加熱至380°C燒結，保溫4h ;停止加熱，自然冷卻到室溫得到聚四氟乙烯復合材料。本發明對得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦性能和機械性能進行了測試，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較低的摩擦系數和較低的磨損率，具有較高的抗壓強度。本發明將得到的聚四氟乙烯復合材料制成旁承摩擦板成品，并檢測了得到的旁承摩擦板成品的性能進行了檢測，結果如表3所示，表3為本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據。本發明還將得到的聚四氟乙烯復合材料制成副摩擦板成品，對其的摩擦系數進行了檢測，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較好的摩擦性能。實施例6將79. 98g粒徑為50 μ m的聚四氟乙烯用無水乙醇溶解，向其中加入16g粒徑為80 μ m的聚對羥基苯甲酸苯酯、2g膨脹率為220mL/g的膨脹石墨和2g玄武巖晶須，溶解后向其中滴加O. 02g硅烷偶聯劑，將得到的混合溶液放入超聲波容器進行超聲，同時進行攪拌30min至混合均勻。將得到的混合均勻的材料放入干燥箱內在60°C溫度下加熱烘干48h ；對燒結爐進行真空處理，真空度5. OX 10_3Pa ;將烘干的材料冷卻后在25MPa壓力下模壓成型，保壓5min ;卸壓后再加熱至380°C燒結，保溫4h ;停止加熱，自然冷卻到室溫得到聚四氟乙烯復合材料。本發明對得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦性能和機械性能進行了測試，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較低的摩擦系數和較低的磨損率，具有較高的抗壓強度。本發明將得到的聚四氟乙烯復合材料制成旁承摩擦板成品，并檢測了得到的旁承摩擦板成品的性能進行了檢測，結果如表3所示，表3為本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據。本發明還將得到的聚四氟乙烯復合材料制成副摩擦板成品，對其的摩擦系數進行了檢測，結果表明，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較好的摩擦性能。表I本發明實施例I 2得到的聚四氟乙烯復合材料的摩擦系數及磨損率測試
數據
實施例摩擦系數磨損率(αη3/Ν·ηι)備注
10.173.98Χ10—7 磨耗面接觸面積100%
20.184.25XIO'7 測試樣條中間有橫向變性由表I可以看出，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較低的摩擦系數和較低的磨損率，能夠適應高承重運載的需要。表2本發明實施例I得到的聚四氟乙烯復合材料的抗壓強度試驗數據
實迨100 MPa120 MPa120 MPa
名稱備注例_1452 KN_1742 KN_保持 20 min_
灰白四周壓延四周壓延四周壓延
^,護環內無裂損
樣壓縮1..7(丨mu 壓縮2.03 mm 壓縮2.84 mm
灰黑四周壓延四周壓延四周壓延
I護環內無裂損
樣壓縮丨.44 mm 壓縮17 O mm 壓縮1.82 mm
塑料四周壓延，塑料環隨著壓縮量增加逐漸下滑，力值達到1300 KN時塑料環
環樣__被徹底彈出，起不到固定作用，壓延持續加劇_由表2可以看出，本發明得到的聚四氟乙烯復合材料具有較高的抗壓強度。表3本發明實施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系數測試數據
權利要求
1.一種聚四氟乙烯復合材料，包括以下組分 60wt% 95wt%的聚四氟乙烯； 3wt% 35wt%的聚對輕基苯甲酸苯酯； O.lwt% 10wt%的膨脹石墨； O.lwt% 10wt%的晶須； O.01wt% O. lwt%的偶聯劑。
2.根據權利要求I所述的材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯的粒徑為ΙμπΓ ΟΟμπι。
3.根據權利要求I所述的材料，其特征在于，所述聚對羥基苯甲酸苯酯的粒徑為5 μ m 100 μ m。
4.根據權利要求I所述的材料，其特征在于，所述晶須的直徑為5μ πΓ20 μ m、長徑比為I: (4 30)。
5.根據權利要求I所述的材料，其特征在于，所述膨脹石墨的膨脹率為IOOmL/g 400mL/g。
6.一種聚四氟乙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟 a)將權利要求I飛任意一項所述的組分混合溶于有機溶劑中，得到混合溶液； b)將所述步驟a)得到的混合溶液進行烘干，得到干燥混合物； c)將所述步驟b)得到的干燥混合物進行真空冷壓燒結，得到聚四氟乙烯復合材料； 或 將所述步驟b)得到的干燥混合物進行真空熱壓成型，得到聚四氟乙烯復合材料。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述真空冷壓燒結的真空度為(I. (Tl。) X IO^3Pa0
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述真空冷壓燒結的壓力為20MPa"30MPa ； 所述真空冷壓燒結的燒結溫度為360°C 400°C。
9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述真空熱壓成型的真空度為(I. (Tl。) X 10，a。
10.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述真空熱壓成型的壓力為30MPa"50MPa ； 所述真空熱壓成型的加熱溫度為360°C 380°C。
全文摘要
本發明提供了一種聚四氟乙烯復合材料及其制備方法。本發明提供的聚四氟乙烯復合材料包括以下組分60wt%~95wt%的聚四氟乙烯；3wt%~35wt%的聚對羥基苯甲酸苯酯；0.1wt%~10wt%的膨脹石墨；0.1wt%~10wt%的晶須；0.01wt%~0.1wt%的偶聯劑。本發明采用聚對羥基苯甲酸苯酯在偶聯劑的作用下對聚四氟乙烯進行改性，提高了其拉伸強度和耐磨性；膨脹石墨的加入降低了材料的摩擦系數；晶須的加入提高了聚四氟乙烯復合材料的機械性能。因此，本發明提供的聚四氟乙烯復合材料具有較高的機械強度，較低的摩擦系數，較好的拉伸強度、球磨痕硬度和耐磨性。
文檔編號C08K7/10GK102924853SQ20121034406
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者趙興, 仇偉建, 李宏 申請人:株洲海天工程塑料實業有限公司