专利名称：聚四氟乙烯复合材料及其制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种聚四氟こ烯复合材料，且特别涉及ー种具有较低的摩擦系数以及磨损率的聚四氟こ烯复合材料及其制作方法。
背景技术：
聚四氟こ烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)是四氟こ烯单体的高结晶聚合物，是ー种白色有蜡状感的热塑性塑料，其具有耐高温、化学性质好、摩擦系数低、介电性好等优点，这些优点使聚四氟こ烯得以广泛应用。但是，聚四氟こ烯也具有较多的缺点，例如是机械性能较差、线膨胀系数较大、成型收缩率大、二次加工困难、硬度低、易磨损、摩擦系数较大、耐蠕变性差、易冷流等。为了改善和克服纯聚四氟こ烯的缺陷，人们一直致カ于聚四氟こ烯的改性研究，以获得综合性能良好的聚四氟こ烯复合材料。虽然现有聚四氟こ烯复合材料的性能在不断改性，但是现有聚四氟こ烯复合材料的耐磨性仍然较差，无法同时具有 较低的磨损率和摩擦系数，以满足高负荷减磨衬套、密封垫圈等的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供ー种聚四氟こ烯复合材料，其具有较低的摩擦系数以及磨损率，从而具有较好的力学性能和耐磨性能。本发明的目的还在于，提供ー种聚四氟こ烯复合材料的制备方法，以此方法制备的聚四氟こ烯复合材料具有较低的摩擦系数以及磨损率，从而具有较好的力学性能和耐磨性能。本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。本发明提出ー种聚四氟こ烯复合材料，包括聚四氟こ烯、聚酰亚胺以及石墨，其中聚四氟こ烯的质量百分比为65% 75%，聚酰亚胺的质量百分比为17% 22%，石墨的质量百分比为7% 13%。本发明提出一种聚四氟こ烯复合材料的制作方法，首先是混合聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末制备混合物，其中聚四氟こ烯粉末的质量百分比为65% 75%，聚酰亚胺粉末的质量百分比为17% 22%，石墨粉末的质量百分比为7% 13%。之后，进行烘焙步骤，烘焙混合物。接着，进行冷压步骤，以冷压经过烘焙的混合物制得预制复合材料。然后，进行烧结冷却步骤，以烧结并冷却预制复合材料。本发明的有益效果是，聚四氟こ烯复合材料包括聚四氟こ烯以及填充改性聚四氟こ烯的聚酰亚胺以及石墨，聚酰亚胺的质量百分比为17% 22%，石墨的质量百分比为7% 13%。聚四氟こ烯复合材料具有较低的摩擦系数以及磨损率，从而具有较好的力学性能和耐磨性能。由于聚酰亚胺属于有机填料，能与聚四氟こ烯基体很好地融合，且聚酰亚胺具有高強度及高模量，从而降低聚四氟こ烯复合材料的磨损率，提高聚四氟こ烯复合材料的耐磨性能。同时，石墨作为润滑剂可以改善聚四氟こ烯复合材料的脆性，提高聚四氟こ烯复合材料韧性，从而降低聚四氟こ烯复合材料的摩擦系数并确保较低的磨损率，提高聚四氟こ烯复合材料的力学性能和耐磨性能。
下面结合附图和实施例对本发明进ー步说明。图I是本发明一实施例的聚四氟こ烯复合材料制作方法的流程示意图。110:制备混合物步骤105:干燥步骤120:烘焙步骤130 :冷压步骤140 :烧结冷却步骤
具体实施例方式图I是本发明一实施例的聚四氟こ烯复合材料制作方法的流程示意图。本实施例的聚四氟こ烯复合材料是通过按一定质量百分比(wt%)混合聚四氟こ烯(Polytetraf luoroethene, PTFE)粉末、聚酰亚胺(Polyimide, PI)粉末以及石墨(Graphite, Gr)粉末制备混合物，再将混合物经过烘焙、冷压、烧结冷却步骤制备而成。具体地，请參照图1，首先，进行混合物制备步骤110，是将称取的聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末进行混合，以制备混合物。其中，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为65% 75%，聚酰亚胺粉末的质量百分比为17% 22%，石墨粉末的质量百分比为7% 13%。制备混合物例如是利用高速混合机进行高速搅拌混合，搅拌转速为200(Γ2500转姆分钟(r/min),搅拌时间为2 3分钟(min)。为了确保较好的制备效果,在混合聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末之前，可选择性的进行干燥步骤105，用以干燥聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末。其次，进行烘焙步骤120，烘焙混合物制备步骤110制备的混合物。烘焙步骤的烘焙温度是90 110摄氏度(°C)，烘焙时间是I. 5 2. 5小时(h)。较佳的是，烘焙步骤120是在90 110°C之间选取任一温度进行恒温烘焙。接着，进行冷压步骤130，以冷压经过烘焙步骤120烘焙的混合物制得预制复合材料。冷压步骤130例如是将经过烘焙步骤120烘焙的混合物放于模具中利用单向加压方法进行冷压成型。本实施例中，单向加压方法是以2. 5 3. 5兆帕/分钟(MPa/min)的加压速率加压冷压压カ至90 110兆帕(MPa)，并保压25 35分钟(min)。保压结束后，可将混合物从模具中脱模取出，从而制得预制复合材料。需要说明的是，这里的模具可以根据最终制品的形状进行选择，也可以是其它任意形状的模具。然后，进行烧结冷却步骤140，以烧结并冷却冷压步骤130所制得的预制复合材料。烧结步骤140例如是将预制复合材料放入电炉中进行烧结，烧结升温速率为58 62摄氏度/小时(V /h)，烧结温度是365 375摄氏度(°C )，烧结时间为5. 5 6. 5小时(h)。冷却方法是随炉自然冷却至室温。之后，经过烧结冷却步骤140的预制复合材料经过磨饰等加工步骤，即可以得到聚四氟こ烯复合材料制成的制品。由上述制作方法制作的聚四氟こ烯复合材料，包括聚四氟こ烯、聚酰亚胺以及石墨，其中聚四氟こ烯的质量百分比为65% 75%，聚酰亚胺的质量百分比为17% 22%，石墨的质量百分比为7% 13%。由于聚酰亚胺属于有机填料，能与聚四氟こ烯很好地融合，且聚酰亚胺具有高強度及高模量，质量百分比为17% 22%的聚酰亚胺的加入，可显著降低聚四氟こ烯复合材料的磨损率，提高聚四氟こ烯复合材料的耐磨性能。同时，石墨用作为润滑齐U，可以有效降低聚四氟こ烯复合材料的脆性，提高聚四氟こ烯复合材料韧性，质量百分比为7% 13%的石墨的加入，可显著降低聚四氟こ烯复合材料的摩擦系数也确保较低的磨损率，从而改善聚四氟こ烯复合材料的力学性能和耐磨性能。以下将以本案具体实施例与相关比较例1-5进行聚四氟こ烯复合材料性能改善比对说明。本案实施例称取干燥的聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末进行混合，以制备混合物。其中，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为70%，聚酰亚胺粉末的质量百分比为20%，石墨粉末的质量百分比为10%。制备混合物例如是利用高速混合机进行高速搅拌混合，搅拌转速为2300转每分钟，搅拌时间为3分钟。恒温烘焙混合物，烘焙温度是100摄氏度，烘焙时间是2小时。将经过烘焙的混合物放于模具中利用单向加压方法进行冷压。本实施例中，单向加 压方法是以3兆帕/分钟的加压速率加压至100兆帕，并保压30分钟。保压结束后，将混合物从模具中脱模取出，从而制得预制复合材料。将预制复合材料放入烧结电炉中进行，烧结升温速率为60摄氏度/小时，烧结温度约是370摄氏度，烧结时间为6小吋，并随炉自然冷却至室温。比较例I称取干燥的聚四氟こ烯粉末，并用与本案实施例相同的制作方法及制作參数进行材料制作。亦即，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为100%。比较例2称取干燥的聚四氟こ烯粉末以及聚酰亚胺粉末进行混合，以制备混合物。其中，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为90%，聚酰亚胺粉末的质量百分比为10%，并用与本案实施例相同的制作方法及制作參数进行材料制作。比较例3称取干燥的聚四氟こ烯粉末以及石墨粉末进行混合，以制备混合物。其中，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为90%，石墨的质量百分比为10%，并用与本案实施例相同的制作方法及制作參数进行材料制作。比较例4称取干燥的聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末进行混合，以制备混合物。其中，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为70%，聚酰亚胺粉末的质量百分比为15%，，石墨的质量百分比为15%，并用与本案实施例相同的制作方法及制作參数进行材料制作。比较例5称取干燥的聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末进行混合，以制备混合物。其中，聚四氟こ烯粉末的质量百分比为70%，聚酰亚胺粉末的质量百分比为10%，，石墨的质量百分比为20%，并用与本案实施例相同的制作方法及制作參数进行材料制作。表I为本案实施例的聚四氟こ烯复合材料与比较例1-5的材料的磨损率以及摩擦系数的比较。表I
权利要求
1.ー种聚四氟こ烯复合材料，其特征是，其包括聚四氟こ烯、聚酰亚胺以及石墨，该聚四氟こ烯的质量百分比为65% 75%，该聚酰亚胺的质量百分比为17% 22%，该石墨的质量百分比为7% 13%。
2.ー种聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，其包括 混合聚四氟こ烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末制备混合物，该聚四氟こ烯粉末的质量百分比为65% 75%，该聚酰亚胺粉末的质量百分比为17% 22%，该石墨粉末的质量百分比为7% 13% ； 进行烘焙步骤，烘焙该混合物； 进行冷压步骤，以冷压经过烘焙的该混合物制得预制复合材料，以及； 进行烧结冷却步骤，以烧结并冷却该预制复合材料。
3.根据权利要求2所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，制备该混合物之前，更包括进行干燥步骤，以干燥该聚四氟こ烯粉末、该聚酰亚胺粉末以及该石墨粉末。
4.根据权利要求2所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，制备该混合物是通过高速搅拌混合，搅拌转速为200(Γ2500转每分钟，搅拌时间为2 3分钟。
5.根据权利要求2所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，该烘焙步骤的烘焙温度是90 110摄氏度，烘焙时间是I. 5 2. 5小吋。
6.根据权利要求5所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，该烘焙步骤是在90 110摄氏度之间选取任一温度进行恒温烘焙。
7.根据权利要求2所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，该冷压步骤是利用单向加压方法。
8.根据权利要求7所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，该单向加压方法是以2. 5 3. 5兆帕/分钟的加压速率加压冷压压カ至90 110兆帕，并保压25 35分钟。
9.根据权利要求2所述的聚四氟こ烯复合材料的制作方法，其特征是，该烧结冷却步骤的烧结温度是365 375摄氏度，烧结时间为5. 5 6. 5小时，烧结升温速率为58 62摄氏度/小时，冷却方法是自然冷却至室温。
全文摘要
一种聚四氟乙烯复合材料，是通过混合聚四氟乙烯粉末、聚酰亚胺粉末以及石墨粉末制备混合物，再将混合物经过烘焙、冷压、烧结冷却步骤制备而成。制得的聚四氟乙烯复合材料包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺以及石墨，其中聚四氟乙烯的质量百分比为65%～75%，聚酰亚胺的质量百分比为17%～22%，石墨的质量百分比为7%～13%。此聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数以及磨损率，以改善力学性能和耐磨性能。
文档编号C08L79/08GK102719044SQ20121022407
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者宋伟, 赵福全, 马芳武 申请人:浙江吉利控股集团有限公司, 浙江吉利汽车研究院有限公司, 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司