专利名称：高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子材料改性领域的技术，具体涉及一种具有高耐磨 性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚四氟乙烯(PTFE)因其优异的化学稳定性、耐高温性、抗紫外辐射， 以及低的摩擦系数，在许多领域中得到广泛的应用，它甚至可以应用在苛刻 物理化学环境及其他条件下，但由于PTFE的Tg (玻璃化温度)比较低，熔 点高，公知的这一重要聚合物难以加工， 一般以模塑成型为主，在挤塑注塑 中应用困难，这就大大限制了它的应用。如果能提高材料表面的Tg，对于塑 料的共混使用，可以大大提高他们之间的相容性，分散性，耐磨性能以及其 他方面的性能。目前，PTFE表面改性技术，有物理方法和化学方法，不论物 理方法还是化学方法都有着多种的实施方式。如将PTFE粉末与SAN树脂粉 混合，用SAN树脂对PTFE进行表面包覆，这是物理方法，还有如申请号为 200510095700.4，申请日为2005年11月24日，发明名称为高耐磨性聚四氟
乙烯复合材料及其制备方法的专利申请，所述高耐磨性聚四氟乙烯复合材料 由聚四氟乙烯和聚丙烯腈粉末混合后，经压制成型、高温烧结形成，其中聚 四氟乙烯粉末的粒度为30m-200m，含量为50%-70%;聚丙烯腈粉末的粒度 为30m-100m,含量为30%-50%。其组分中可选择添加金属及金属氧化物、 非金属氧化物、碳化物和其他纤维类填充物等，以增强其相应的性能。此专 利就是采用PTFE粉末与聚丙烯腈粉末混合制备，另外添加金属及金属氧化物 等，它一定程度上提高了PTFE的分散性和耐磨性，但其中金属粒子与PTFE 缺乏相容性，容易产生相分离，而且会对磨面产生磨损，使材料的摩擦系数 增加，另外物理方法还存在生产成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述之不足，提供一种高耐磨性的聚四氟乙烯复 合材料，同时提供制备该聚四氟乙烯复合材料的方法，它具有生产成本低、 周期短、生产效率高、能耗低、使用范围广等优点。
本发明是通过如下技术方案来实现上述目的
本发明高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，是一种化学改性的聚四氟乙烯微 粒，其特征在于，它是主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂及适量有机溶剂在 一定条件下反应聚合而成的，具有核壳结构的复合材料，其原料组分重量比 为
PTFE微粉(粒度为30目一300目) 水
单体
引发剂
分散剂
稳定剂
表面活性剂
1%—35% 45%—70% 1%—30% 0.1%—1% (占单体量) 0.2%—4% 0—0.5% 0.2%—2%
所述组分中还可加入金属及金属氧化物粉末，例如，铜、铜合金、铁粉末， 三氧化二铝，二氧化钛，氧化锌等，其粒度为10目一IOO目。
所述组分中还可加入非金属氧化物粉末，如碳化物粉末，例如，二氧化硅、 碳化硅粉末等，其粒度为10目一IOO目。
所述组分中还可加入其他纤维类的填充物，例如，玻璃纤维、碳纤维等， 其粒度为8目一50目。
上述加入的金属或金属氧化物粉末、非金属氧化物粉末、纤维类填充物的 含量总量为核壳结构复合材料的0~5%。
该复合材料的粒径可为10目_150目，其中核部分聚四氟乙烯微粒含量为
50%—80°/。，壳体部分占20%—50%。
所述单体可以是甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、ct-丙烯酸甲酯、氯
乙烯中的一种或组合。
所述引发剂为BPO (过氧化二苯甲酰)、过氧化十二酰、AIBN (偶氮二 异丁腈)、H202、 ABVN (偶氮二异庚腈)、EHP (过氧化二碳酸二乙基酯)中 的一种或多种复合，以及采用氧化还原体系的引发剂，如过氧化氢一亚铁盐， 它可将聚合温度降低。
所述分散剂为，无机类滑石粉、活性磷酸钙、云母粉、硬脂酸锌、超 细碳酸钙、硫酸钡；有机类N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠、肥皂、脂肪酸、硬 脂酸钠、亚甲基二萘二磺酸钠、磺酸盐、苯乙烯-马来酸酐共聚钠盐等其中的 一种或多种复合。
所述稳定剂是指胶体的一种，起保护胶体的作用，可以帮助控制聚合反 应，防止爆聚出现， 一般为纤维素类或PVA(聚乙烯醇)溶胶、明胶。
所述表面活性剂主要起润湿和消泡的作用，可以是一种或多种复合，一 般为NP系列、如OP-10等。
所述有机溶剂为甲苯、丁酯、二甲苯、异丙醇或脂肪烃等。
本发明的制备方法为，①混合反应聚合将上述原料混料均匀，高速分 散下开始升温加热，升温到70'C5'C，控温搅拌至聚合反应结束；②清洗; ③脱水干燥； 过筛；⑤包装。
上述步骤1中以5。C一10'C/min的速度升温。
采用上述配方组份的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，优点 在于，本发明采用化学方法对PTFE进行表面改性，所制得的产品中，相比物 理方法，PTFE的分布更加均匀，利用悬浮法能更好地对每一个微细聚四氟乙 烯的微粒，进行表面的包覆，更加能够改善PTFE与各种塑料之间的相容性和 分散性，以及在塑料共混中具有良好的流动性，使得本聚四氟乙烯复合材
与纯聚四氟乙烯相比，分散性，相容性，耐磨性能都大大提高了，而且还提 高了耐热性和高温力学性能，制造工艺简单，生产成本低，它可作为塑料合 金材料，防腐材料、密封材料和耐磨材料，适用加工、耐磨、摩擦系数小， 耐高温耐化学品的密封圈、轴承、衬套、阀门、管道等。
具体实施方式
实施例1
本发明高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂 等在一定条件下反应聚合而成的，具有核壳结构的复合材料，其组分重量比
为PTFE微粉(粒度为30目一300目)30%、水50%、单体16%、引发剂为 单体的0.5%、分散剂2%、稳定剂0.1%、表面活性剂2%及少量有机溶剂；所 述单体采用甲基丙烯酸甲酯，所述引发剂为ABVN (偶氮二异庚腈)，所述分 散剂为滑石粉和苯乙烯-马来酸酐共聚钠盐，所述稳定剂采用PVA溶胶，表面 活性剂为OP-10或市场采购的复合活性剂JY-371，有机溶剂为甲苯、异丙醇。
制备方法步骤为，依次将上述原料混合，首先将水和表面活性剂混合均 匀，并在搅拌下加入PTFE微粉混合搅拌，再将单体和ABVN (偶氮二异庚 腈)加入反应釜中，加入分散剂、稳定剂升温反应，加热到9(TC，反应6h， 反应完毕，降温到5(TC下放料，清洗，离心脱水，然后干燥即可过筛包装。
所述核壳结构的复合材料中，核部分聚四氟乙烯微粒含量为65%，壳体 部分占35%。该复合材料的粒径为10目一150目。
上述引发剂还可采用氧化还原体系的引发剂，如过氧化氢一亚铁盐，它 可将聚合温度降低。
实施例2
它主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂等在一定条件下反应聚合而成的， 具有核壳结构的复合材料，其组分重量比为PTFE微粉(粒度为30目一300 目)25%、水54%、单体17%、引发剂为单体的0.8%、分散剂1%、稳定剂
0.1%、表面活性剂1.8%;组分中还可加入金属及金属氧化物粉末一铁粉末， 其粒度为10目一100目，含量为核壳结构复合材料的1%;非金属氧化物粉末
碳化物粉末一碳化硅粉末，其粒度为10目一100目，含量为核壳结构复合材 料的1%。所述单体采用苯乙烯和丙烯腈，所述引发剂为BPO (过氧化二苯甲 酰)，所述分散剂为活性磷酸钙，所述稳定剂采用PVA，表面活性剂为NP-IO 以及适量的消泡剂。将上述原料充分搅拌混合均匀后，加热升温，当温度到 5(TC时，可将另一半的分散剂加入，当温度升到85'C—95'C时，反应5h，反 应完毕，降温到5(TC出料，再清洗、离心脱水、干燥过筛、包装即可。所述 核壳结构的复合材料中，核部分61%，其中聚四氟乙烯微粒含量为57%，壳体 部分占39%。该复合材料的粒径为10目一150目。
上述组分中还可加入其他纤维类的填充物，例如，玻璃纤维、碳纤维等， 其粒度为8目一50目，含量为核壳结构复合材料的0~5%。
经检测，以上实施例所得到的材料与纯聚四氟乙烯相比，其耐磨性能大
幅度提高，耐温可达300'C，同时可使产品成本降低。
在实际应用中，可根据产品需要选择单体或其它填充材料，以增强其应 用的性能，满足实际使用的要求。
权利要求
1、一种高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，它主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂及少量有机溶剂反应聚合而成的具有核壳结构的复合材料，其原料包括如下组分(重量比)聚四氟乙烯(PTFE)微粉(粒度为30目-300目) 1％-35％水 45％-70％单体1％-30％引发剂 0.1％-1％(占单体量)分散剂 0.2％-4％稳定剂 0-0.5％表面活性剂 0.2％-2％。
2、 根据权利要求1所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于， 所述原料组分中加入有金属及金属氧化物粉末，其粒度为10目一IOO目，含 量为核壳结构复合材料的0—5%;非金属氧化物粉末，如碳化物粉末，其粒度为10目一100目，含量为核 壳结构复合材料的0—5%;其他纤维类的填充物，如玻璃纤维、碳纤维，其粒度为8目一50目，含 量为核壳结构复合材料的0—5%;上述添加物含量总量占核壳结构复合材料的不超过5%。
3、 根据权利要求1所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于， 该复合材料的粒径为10目一150目，其中核部分聚四氟乙烯(PTFE)微粒含 量为50%—80%,壳体部分占20%—50%。
4、 根据权利要求1所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述单体是甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、a-丙烯酸甲酯、氯乙烯中的 一种或组合；所述引发剂为BPO (过氧化二苯甲酰)、过氧化十二酰、AIBN (偶氮二 异丁腈)、H202、 ABVN (偶氮二异庚腈)、EHP (过氧化二碳酸二乙基酯)中 的一种或多种复合，以及采用氧化还原体系的引发剂，如过氧化氢一亚铁盐;所述分散剂为，无机类滑石粉、活性磷酸钙、云母粉、硬脂酸锌、超 细碳酸钙、硫酸钡；有机类N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠、肥皂、脂肪酸、硬 脂酸钠、亚甲基二萘二磺酸钠、磺酸盐、苯乙烯-马来酸酐共聚钠盐其中的一 种或多种复合；所述稳定剂为纤维素类及PVA溶胶、明胶；所述表面活性剂为润湿剂和消泡剂；所述有机溶剂为甲苯、丁酯、二甲苯、异丙醇。
5、 一种制备权利要求1-4任一项所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料的 方法，其特征在于它包括如下步骤，①混合反应聚合将上述原料混料均 匀，高速分散下开始升温加热，升温到7(TC—95X:，控温搅拌至聚合反应结 束；②清洗；③脱水干燥；④过筛；⑤包装。
6、 根据要求5所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于上述步骤1中以5'C—l(TC/min的速度升温。
全文摘要
本发明公开了一种高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，它主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂及有机溶剂反应聚合而成的具有核壳结构的复合材料，其中核部分聚四氟乙烯微粒含量为50％-80％，壳体部分占20％-50％；其原料组分重量比为，PTFE微粉(粒度为30目-300目)1％-35％、水45％-70％、单体1％-30％、引发剂0.1％-1％(占单体量)、分散剂0.2％-4％、稳定剂0-0.5％、表面活性剂0.2％-2％及少量有机溶剂。其制备方法包括如下步骤，①混合反应聚合；②清洗；③脱水干燥；④过筛；⑤包装。本发明方法生产的PTFE复合材料具有高耐磨性等优点。
文档编号C08L51/00GK101177516SQ20061012341
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年11月10日
发明者丁永津 申请人:丁永津