一种埃洛石/超细无机粉末/聚四氟乙烯微纳复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种聚四氣己締微纳复合材料的制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 聚四氣己締（PTFE)不仅具有优异的物理化学性质，还是一种具有极低摩擦系数和 自润滑的材料，使其在化学、电子、生物工程、食品行业及其他一些相关领域应用广泛。然 而，PTFE同时具有耐摩擦性较差，线膨胀系数较大等限制了其在许多高要求场合下的应用。 因此，目前国内外许多研究集中在PTFE力学、耐磨及抗蠕变性能改善研究。其中，聚四氣己 締的填充改性是一种广泛应用的改性方法，通过填料的填充改变PTFE的结晶行为、通过调 节填料与基体之间界面粘接性能，获得高性能的聚四氣己締复合材料。
[0003] 目前常用的聚四氣己締的填料主要为碳酸巧，滑石粉，稀±，二硫化钢，石墨，玻璃 纤维，碳纤维，铜粉，铅粉等。碳纤（C巧填充PTFE在一定条件下，与纯PTFE相比，CF能降 低摩擦系数，并大幅度减小磨损量，但发现形成的转移膜不太连续而CF填充PTFE复合材 料大大提高了复合材料的承载能力，提高了复合材料的耐磨性，但增大了复合材料的摩擦 系数。但有文献表明，随着CF的增加，拉伸强度、断裂伸长率会下降。碳纳米管（CNT)填充 PTFE极大提高了复合材料的耐磨性，同时降低了其摩擦系数，但是CNT价格昂贵。二硫化 钢的填充会提高PTFE的耐磨性，但抗蠕变性能不能得到有效提升。玻璃纤维的填充会大幅 度提高PTFE的耐磨性能与抗蠕变性能，但断裂伸长率及拉伸强度会大幅度下降。铜粉，铅 粉的加入会造成重金属污染等。因此，寻找一种既能保持PTFE优异的力学性质，又能赋予 PTFE优异的耐磨性能及抗蠕变性能的填充改性方法具有非常迫切的需求。超细滑石粉具有 独特的片层状微观结构，比表面积大，良好的分散性及润滑性，对高分子材料的填充改性可 望在力学、摩擦学W及蠕变等性能起到提升作用。前人将滑石粉添加到塑料中，发现它可改 善塑料的化学和尺寸稳定性，耐热性，硬度和坚实性，抗冲击强度，导热系数，电绝缘性，抗 拉强度，抗蠕变能力等性能。
[0004] 埃洛石（HNTs)不仅具有天然的纳米中空管状结构，还具有一定的长径比，与碳纳 米管具有相似的形态结构。但其结构比碳纳米管更稳定，具有更好的生物相容性。且HNTs 是天然形成的，价格便宜。当加入HNTs之后，在材料表面形成润滑膜从而减小了材料所受 的摩擦力，因此可W显著提高复合材料的耐磨性，降低摩擦系数。HNTs的填充，可W有效提 高聚合物的力学性能与耐磨性。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述缺陷提供一种埃洛石/超细无机粉末/聚四氣己締微纳复合材料 的制备方法。
[0006] 本发明包括W下步骤： (1)通过机械高速共混制备聚四氣己締与无机粉末的均匀混合料； (2) 将所制得的混合粉料在30~50Ml^a压力下冷压成型，并保压2~5分钟，脱膜， 取得片状样品； (3) 将所得样品置于马弗炉中，W150~200°C/小时的升温速率升温至370~380°C， 保温2小时，然后随炉冷却至室温，得到埃洛石/超细无机粉末/聚四氣己締微纳复合材 料。
[0007] 本发明通过无机微纳粒子的填充改善PTFE的结晶行为，通过调控无机微纳粒子 与PTFE的界面粘结力而实现保持PTFE优异的力学性能的同时，赋予PTFE优异的耐磨性能W及抗蠕变性能，通过冷压烧结法制备埃洛石/超细无机粉末/聚四氣己締微纳复合材料。 [000引本发明的关键技术及有益效果： 1、 超细无机粉体与埃洛石对PTFE起到异相成核的作用，增加了PTFE的结晶度，使体系 的力学性能得到显著改善； 2、 超细无机粉体与埃洛石的微纳米效应对PTFE起到增强与增初作用； 3、 利用超细无机粉体良好的润滑作用，W及可W吸收摩擦时产生的能量，从而达到较 好的减摩作用； 4、 超细无机粉体作为PTFE异相结晶成核点起到类似于物理交联的作用，有效提高 PTFE的抗蠕变性能。
[0009] 5、采用该方法制得的复合材料力学性能、耐摩擦性能和抗蠕变性能优异。
[0010] 进一步地，本发明所述步骤1)中，聚四氣己締占混合粉料总质量的65~99%，埃洛 石占混合粉料总质量的0. 1~10%，超细无机粉末占混合粉料总质量的0. 1~30%。该混合 比条件下制成的复合材料既具有优异的力学性能，又具有优异耐磨性能及抗蠕变性能。
[0011] 所述聚四氣己締粒径为20~100ym。所述埃洛石为过200目筛的埃洛石。200 目HNTs的加入可W降低成本，并在体系中起到异相成核和物理交联的作用，提高复合材料 的综合性能。
[0012] 所述超细无机粉末的粒径为1~40ym。1~40ym超细无机粉末的加入可W降 低成本，并在体系中起到异相成核和物理交联的作用，提高体系的性能。
[0013] 所述超细无机粉末为碳酸巧，滑石粉，二硫化钢，石墨，玻璃纤维，碳纤维的至少一 种。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
[0015]W下结合实施例，对本发明的技术方案作进一步说明，但该些实施例的目的并不 在于限制本发明的保护范围。在该些实施例中，除另有说明外，所有百分含量均W重量计。
[0016] 实施例1; 将粒径25ym的聚四氣己締和玻纤W质量比为70 ;30的比例混合，通过机械共混制备 玻纤/聚四氣己締的均匀混合料。
[0017] 将所制得的粉料在35MI^a压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模 取出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升温速率升温至370~380°C，保温2小时，再将烧结 产物随炉冷却至室温，得到玻纤改性聚四氣己締复合材料。
[0018] 该玻纤改性聚四氣己締复合材料按GB/T1040-92检测，其断裂伸长率=268.68%， 拉伸强度=15. 75MPaDGB/T3960-1983检测，其磨损量=0. 2mg，摩擦系数=0. 18。在40~100°C时，线膨胀系数比纯PTFE降低近2个数量级。
[0019] 实施例2 ; 将粒径25ym的聚四氣己締和粒径4ym的滑石粉W95 ;5的质量比混合，通过机械共 混制备滑石粉/聚四氣己締的均匀混合料。
[0020] 将所制得的粉料在35MI^a压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模 取出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升温速率升温至370~380°C，保温2小时，再将烧结 产物随炉冷却至室温，得到滑石粉改性聚四氣己締复合材料。
[0021] 该滑石粉填充聚四氣己締复合材料按GB/T1040-92检巧U，其断裂伸长率 =632. 53%，拉伸强度=28. 05MPa。GB/T396