专利名称：聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品及其制备方法
聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品及其制备方法
技术领域：
本发明涉及复合树脂领域，特别是涉及一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品及其制备方法。
背景技术：
聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE),是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。聚四氟乙烯制品具有使用温度范围宽(_180°C +260°C)、摩擦系数低、自润泽性能好、吸水率低、电性能优良(与频率无关，不受温度的影响)、耐化学药品性能好等优点。然而，纯的聚四氟乙烯制品不耐磨、易蠕变、极限PV值低。
发明内容基于此，针对纯的聚四氟乙烯制品不耐磨、易蠕变、极限PV值低问题，有必要提供一种耐磨、耐蠕变、极限PV值相对较高的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品及其制备方法。一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品，其由按照质量份数75份 85份的聚四氟乙烯和15份 25份的聚苯酯组成；所述聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，所述聚苯酯的热失重低于O. 5% ；所述聚苯酯沿所述聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，所述聚四氟乙烯与所述纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体。在一个实施例中，其由按照质量分数80份的聚四氟乙烯和20份的聚苯酯组成。一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，包括如下步骤提供聚四氟乙烯和聚苯酯；其中，所述聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，所述聚苯酯的热失重低于O. 5% ； 按照质量分数将15份 25份的聚苯酯用水调成糊状并搅拌均匀，然后加入含有75份 85份的聚四氟乙烯的聚四氟乙烯分散液，搅拌直至聚苯酯和聚四氟乙烯全部凝聚脱水上浮；取出凝聚物，清洗后烘干，得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料；将所述聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料压制成型，得到预制品；将所述预制品升温到325°C 330°C并维持lh l. 5h，接着升温到370°C 380°C并维持6tT7h，逐步冷却后得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品。在一个实施例中，所述提供的聚四氟乙烯和聚苯酯均在21°C 25°C下放置过36tT50h。在一个实施例中，所述聚四氟乙烯分散液的溶剂为水，所述水与所述聚四氟乙烯分散液的重量比为I :1 1 :4。在一个实施例中，所述烘干的温度为100°C 150°C。在一个实施例中，在所述聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料压制成型之前，还包括将得到的所述聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料捣料均匀的操作。在一个实施例中，在所述预制品升温前，还包括将所述预制品存于23°C 30°C下12h 24h的操作。在一个实施例中，所述升温的速率为低于327°C时55°C /h^70°C /h，高于327°C时35°C /h 50°C /h。在一个实施例中，所述逐步降温的速率为高于327°C时25°C /h^45°C /h，低于327°C 时 40°C /h 55°C /h。这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品通过添加具有耐高温、耐磨、耐蠕变、耐辐照、自润滑、绝缘、导热等优点的聚苯酯，并且使得聚苯酯沿聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，聚四氟乙烯与纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体，利用聚苯酯所拥有的一些优良特性，以弥补聚四氟乙烯所不耐磨、易蠕变、极限PV值低的缺点。相对于纯的聚四氟乙烯制品，这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品耐磨、耐蠕变、极限PV值相对较高。
图I为一实施方式的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。一实施方式的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品，其材质为按照质量分数75份 85份的聚四氟乙烯和15份 25份的聚苯酯。其中聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，聚苯酯的热失重低于O. 5%。这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品中，聚苯酯沿聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，聚四氟乙烯与纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体。这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品通过添加具有耐高温、耐磨、耐蠕变、耐辐照、自润滑、绝缘、导热等优点的聚苯酯，并且使得聚苯酯沿聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，聚四氟乙烯与纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体，利用聚苯酯所拥有的一些优良特性，以弥补聚四氟乙烯的不耐磨、易蠕变、极限PV值低的缺点。相对于纯的聚四氟乙烯制品，这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品耐磨、耐蠕变、极限PV值相对较高。在一个优选的实施例中，上述聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的材质为按照质量分数80份的聚四氟乙烯和20份的聚苯酯。如图I所示的上述聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，包括如下步骤S10、提供聚四氟乙烯和聚苯酯。其中，聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，聚苯酯的热失重低于0.5%。提供的聚四氟乙烯和聚苯酯均需要进行预处理，预处理一般选择在21°C 25°C下 放置36tT50h。特别注意的是，不要在室温19°C以下存放，因为19°C是聚四氟乙烯晶体转换温度。
S20、按照质量分数将15份 25份的聚苯酯用水调成糊状并搅拌均匀，然后加入75份 85份的聚四氟乙烯配制成的聚四氟乙烯分散液，搅拌直至聚苯酯和聚四氟乙烯全部凝聚脱水上浮。在一个优选的实施例中，聚四氟乙烯和聚苯酯的质量比为80 20oS20的目的是将聚苯脂与聚四氟乙烯分散液混合均匀后，使其共凝聚，然后经干燥获得聚苯脂填充聚四氟乙烯树脂。具体操作为首先，将一定量的水放入反应釜中，把聚苯脂用水调成糊状倒入釜中，以400转/分的转速搅拌5分钟后加入聚四氟乙烯分散液，继续搅拌15分钟，当树脂全部凝聚脱水上浮时即可停止搅拌。聚四氟乙烯分散液中采用水作为溶剂，可以是普通自来水，也可以是无离子水，一般选择去离子水。聚苯酯加水调成糊状，加入的水与聚四氟乙烯分散液的重量比是1 Γ1 :4。实际操作的时候，水和聚四氟乙烯分散液的选择原则为环境温度高，水的比例就高；如果采用经离子交换树脂处理过的水也比用自来水要偏高一些。这种混合方式可以使聚苯脂与聚四氟乙烯的混合比较均匀，从而使得得到的复合材料的性能更为优异，制品的质量得到可靠地保证。S30、取出S20得到的凝聚物，清洗后烘干，得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料。烘干的温度可以为100°C 150°C。得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料，一般还需要进行捣料，即将得到的聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料捣料均匀备用。S40、将S30得到的聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料压制成型，得到预制品。压制成型的操作为本领域基本技术，可以通过多种方式实现，下面仅以一种方式为例进行介绍。模具预处理对压制模具进行涂脱模剂、熔烘。脱模剂选用国产596#有机硅树脂为脱模剂。使用时用甲苯稀释，配成10%的有机硅溶液，均匀地涂布在模具的工作腔内，然后置于烘箱内，在250°C 30(TC温度下烘焙O. 5 2h。加料量计算加料量M=VX d。其中，M为加料量，V为预成型品体积，d为预成型品比重，d可以取I. 92。加料在21°C 25°C的环境下，按照制品加料量将S30得到的聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料轻轻倒入预先处理的模腔内，轻轻摇动膜腔使其表面平整，因为加压时树脂几乎不向加压的垂直方向移动，所以一开始就要设法使树脂均匀的分布在整个膜腔内。压制加料完毕，合上阳模，启动压机缓缓而均匀地施压，让残留在粉料中的空气徐徐逸出。切忌快速加压(冲击式)。加压太快，是造成制品纵向裂纹的最主要原因(阳模下 降速度开始以每分钟40mm，到结束时以每分钟5mm)。为了避免制品产生夹层气泡(或者横向裂纹)，在升压到一定阶段时，将压机上动模板向上行少许，15iT20S后再重新加压，直至达到所需压力为止。制品压到70%时应去掉下滑快，使制品两头受压。预成型压力计算(以20%的聚苯脂填充聚四氟乙烯树脂为例)20%的聚苯脂填充聚四氟乙烯树脂的成型单位压力为45MPa 65MPa。
P賴=P制品单压X S制品7 S油缸。其中，Pwi为成型压机的表压成型制品的单位压力；S$(s为成型制品的截面积为成型设备油缸的截面积。例如a、制品规格Φ 50 X 100mm，加工设备YQ — 50t，油缸截面积=58. 06。取P制品单压=60MPa，则P表压=60 X 3. 14 X 2 . 62 + 58 · 06=22Mpa。b、制品规格Φ 20 X 100mm，加工设备YQ — 20t，油缸截面积=24. 62。取P制品单压=60Mpa，则P表压=60 X 3. 14X 1. 052 + 24· 62=8. 4Mpa。C、制品规格Φ50/30Χ100，加工设备YQ — 50t。取P 制品单压=60Mpa，则P 表压=60 X 3. 14 X (2 . 62_1· 452) +58 . 06=29Mpa。预成品压力的适合与否，以预制品的比重I. 9^1. 94为好。保压当达到最大压力时,为了保证压力的传递，IOOmm高的制品需保压5min。脱模保压完毕后，徐徐泄压，平稳推出预制品。检查外观是否光滑、无划伤、无列纹、无色泽不均等。经修边并用绸布擦净后，送下道工序存放。—般来说，从压模中取出的预制品存在剩余压缩应力，故需要将预制品存于230C 30°C的洁净环境中存放12h 24h，以消除内应力。S50、将S40得到的预制品升温到325 °C 330°C并维持lh l. 5h，接着升温到3700C 380°C并维持6tT7h，逐步冷却后得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品。S50的目的是将S40得到的预制品加热到它的晶体熔点温度以上，并在此温度保持一段时间，使聚苯酯填充聚四氟乙烯分子由结晶形逐渐转变为无定形，分散的单个树脂颗粒通过互相扩散熔融粘结成为一个整体(其中聚苯酯颗粒也均匀分散在内)。为了观察方便，可以在烧结炉中，放一件纯聚四氟乙烯制品，此时纯聚四氟乙烯制品会呈透明的胶体状，然后再经过逐步冷却，聚苯酯填充聚四氟乙烯分子(与纯聚四氟乙烯分子相同)又从无定形逐步转变为结晶形。由于聚苯脂与聚四氟乙烯的熔融粘度指数不一样，在同样的熔融温度下，聚苯脂比聚四氟乙烯熔融流动性比聚四氟乙烯好，所以聚苯脂在制品中延聚四氟乙烯的缝隙进行穿行并形成网状，当温度降至室温时又由于这个网状物体的刚性比聚四氟乙烯好，所以它就像植入聚四氟乙烯制品内的一个骨架，与聚四氟乙烯复合成一体，且分散的单个树脂颗粒通过与聚四氟乙烯颗粒互相扩散熔融粘结成为一个整体。与填充无机物相比，无机物的颗粒只是镶嵌在聚四氟乙烯制品里面，无机物颗粒是有界面的，不可能像聚苯脂颗粒那样与聚四氟乙烯颗粒互相扩散熔融粘结成为一个整体的。聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的升温的速率可以为327°C之前55°C /h^70°C /h,327°C 之后 35 °C /h 5(TC /h。聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的逐步降温的速率为高于327°C时25°C /h^45°C /h，低于 327°C 时 40°C /h 55°C /h。下面给出本方法三个实施例的具体升温和保温条件，以20%的聚苯脂填充聚四氟乙烯树脂为例。制品规格升/降温速率。C/h 保温条件
低于高于温度TC时间/h
__327 0C327 0C___
实施例 I: 50/5035/30 3271.5
050 X 100374I
实施例 2: 70/5050/35 327I_ ￠20 X 1003726
实施例 3: 70/5050/35 327I_
€>50/30 X 1003726制得的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的具体参数如下实施例I :尺寸与外观外径50. Imm ;高度102mm ;肉眼观察外观色泽均匀，无杂质、无裂纹及任何机械损伤。物理机械性能拉伸强度13. 8Mpa ;断裂伸长率272% ;压缩强度36Mpa;压缩弹性模量82IMpa ;硬度(邵氏D)63，摩擦系数0. 22 ;平均磨耗系数2. 4g/h ( X 10_5);密度I. 96g/
3
cm o实施例2 尺寸与外观外径20. 05mm ;高度102mm ;肉眼观察外观色泽均勻，无杂质、无裂纹及任何机械损伤。物理机械性能拉伸强度14. 7Mpa ;断裂伸长率285% ;压缩强度35Mpa;压缩弹性模量850Mpa ;硬度(邵氏D)64，摩擦系数0. 23 ;平均磨耗系数2. 2g/h ( X 10_5);密度I. 97g/
3
cm o实施例3 尺寸与外观外径50. 2mm ；内径29mm ;高度103mm ；肉眼观察外观色泽均勻，无杂质、无裂纹及任何机械损伤。物理机械性能拉伸强度15. 4Mpa ;断裂伸长率290% ;压缩强度33Mpa;压缩弹性模量789Mpa ;硬度(邵氏D)62，摩擦系数0. 23 ;平均磨耗系数2. 3g/h( X 10_5);密度I. 976g/
3
cm o聚苯脂是液晶高聚物的一种，为链状线性高分子，由于它与聚四氟乙烯一样具有很高的结晶度，使得它难以流动，所以只能采用模压法成型。聚苯脂具有突出的高强度、高模量、极小的线胀系数和耐热性。它与聚四氟乙烯的复合机理是聚苯脂利用其熔融后流动性比聚四氟乙烯好的多的特性，在聚四氟乙烯基体内沿聚四氟乙烯的缝隙向四周迁移流动形成微纤。在配比和烧结温度适宜的情况下，这些微纤最终相互连接，在聚四氟乙烯基体内形成致密而均匀的立体网络。在烧结降温固化后，这些网络把聚四氟乙烯基体紧紧包络起来，起到加固作用，极大地限制和阻止了聚四氟乙烯的带状磨损。由此复合机理可见，聚苯脂和聚四氟乙烯混合均匀性极为重要。否则由于混合的不均匀，立体网络骨架就一定会变形，达不到坚固聚四氟乙烯整体基体的目的，也就改变不了聚四氟乙烯带状磨损的特性。干法混合由于两种物料都为粉状，流动性很差，有时因为混合时间长，产生摩擦热，粉状物软化结团更是影响了两者的混合均匀。湿法混合，由于水分散剂的存在，极大地促进了聚苯脂与聚四氟乙烯的混合均匀性，为两者在高温条件下的“原位复合”创造了条件，为改变聚四氟乙烯的磨损机理、增强其耐磨性提供了保证。这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品通过添加具有耐高温、耐磨、耐蠕变、耐辐照、自润滑、绝缘、导热等优点的聚苯酯，并且使得聚苯酯沿聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，聚四氟乙烯与纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体，利用聚苯酯所拥有的一些优良特性，以弥补聚四氟乙烯所不耐磨、极限PV值低的缺点。相对于纯的聚四氟乙烯制品，这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品耐磨、极限PV值相对较高。以上所述实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发 明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品，其特征在于，其由按照质量份数75份 85份的聚四氟乙烯和15份 25份的聚苯酯组成； 所述聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，所述聚苯酯的热失重低于O. 5% ； 所述聚苯酯沿所述聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，所述聚四氟乙烯与所述纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体。
2.如权利要求I所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品，其特征在于，其由按照质量分数80份的聚四氟乙烯和20份的聚苯酯组成。
3.一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 提供聚四氟乙烯和聚苯酯；其中，所述聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，所述聚苯酯的热失重低于O. 5% ； 按照质量分数将15份 25份的聚苯酯用水调成糊状并搅拌均匀，然后加入含有75份 85份的聚四氟乙烯的聚四氟乙烯分散液，搅拌直至聚苯酯和聚四氟乙烯全部凝聚脱水上浮; 取出凝聚物，清洗后烘干，得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料； 将所述聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料压制成型，得到预制品； 将所述预制品升温到325°C 330°C并维持ItTl. 5h，接着升温到370°C 380°C并维持6tT7h，逐步冷却后得到聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品。
4.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，所述提供的聚四氟乙烯和聚苯酯均在21°C 25°C下放置过36tT50h。
5.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯分散液的溶剂为水，所述水与所述聚四氟乙烯分散液的重量比为I I :4。
6.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为100°C 150°C。
7.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，在所述聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料压制成型之前，还包括将得到的所述聚四氟乙烯-聚苯酯复合材料捣料均匀的操作。
8.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，在所述预制品升温前，还包括将所述预制品存于23°C 30°C下12tT24h的操作。
9.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，所述升温的速率为低于 327°C 时 55°C /h"70°C /h，高于 327°C 时 35°C /h"50°C /h。
10.如权利要求3所述的聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法，其特征在于，所述逐步降温的速率为高于327°C时25°C /h 45°C /h，低于327°C时40°C /h 55°C /h。
全文摘要
本发明公开了一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品，由按照质量份数75份~85份的聚四氟乙烯和15份~25份的聚苯酯组成；聚四氟乙烯的数均分子量大于1000万，聚苯酯的热失重低于0.5%。这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品通过添加具有耐高温、耐磨、耐蠕变、耐辐照、自润滑、绝缘、导热等优点的聚苯酯，并且使得聚苯酯沿聚四氟乙烯的缝隙排列形成纤维网状，聚四氟乙烯与纤维网状的聚苯酯熔融粘结形成整体，利用聚苯酯所拥有的一些优良特性，以弥补聚四氟乙烯所不耐磨、极限PV值低的缺点。相对于纯的聚四氟乙烯制品，这种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品耐磨、耐蠕变、极限PV值相对较高。本发明还提供一种聚四氟乙烯-聚苯酯复合制品的制备方法。
文档编号C08L67/03GK102702653SQ20121018651
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者成鹏, 陈敦迅 申请人:深圳市明鑫高分子技术有限公司