专利名称：一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及承重材料技术领域，尤其涉及一种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)具有杰出的优良综合性能，耐高温，耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数，它已被广泛地用作密封材料和填充材料。但纯PTFE的硬度低、耐磨性能较差、机械强度低，在外力作用下会产生较大的粘弹性变形，易蠕变等，这些缺点限制了 PTFE在重载工况下的应用。为了弥补PTFE机械性能上的不足，现有技术采用填充剂对其进行改性，并发展了多种模压成型工艺。PTFE材料成型目前主要有四种方法高温模压成型、冷压烧结成型、等离子喷涂成型、分散体涂覆成型，最广泛的成型方法为冷压烧结成型。对PTFE改性的填料可分为无机填料、有机填料和纤维增强填料等，主要有二氧化硅(Si02)、二氧化钛(Ti02)、氧化招(A1203)、氧化错(ZrO2)、青铜粉、石墨、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯腈(PAN)、聚对羟基苯甲酸苯酯(POB)、聚酰亚胺(PI)、液晶聚合物(LCP)、碳纤维、玻璃纤维。目前，玻璃纤维增强PTFE应用较为广泛，这类产品能满足工业上的一般要求，但是，玻璃纤维的耐碱性很差，复合材料会因此而缩短使用寿命，玻璃纤维填充后的复合材料热变形温度提高幅度不大，冲击强度下降较多。随着对碳纤维研究的深入，其能够提高材料的机械强度，因此现有技术中有研究采用碳纤维增强PTFE，得到的复合材料的拉伸强度有较大幅度提高，但冲击强度明显降低，更重要的是该复合材料在强氧化剂中不耐氧化，导致复合材料变软，丧失所有的性能。为了从整体上提高聚四氟乙烯复合材料的性能，申请号为200510095700. 4的中国专利公开了一种高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，在该专利中，所述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。该专利提供的聚四氟乙烯复合材料在一定程度上增加了分散性和耐磨性，但其中金属粒子与PTFE缺乏相容性，容易产生分离，而且会对对磨面产生磨损，使材料的摩擦系数增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数和较高的机械强度。本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料，包括以下组分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚对轻基苯甲酸苯酷；O. lwt% 10wt%的膨胀石墨；O. lwt% 10wt% 的晶须；
O. 01wt% 0. lwt% 的偶联剂。优选的，所述聚四氟乙烯的粒径为1μπι 100μπι。优选的，所述聚对轻基苯甲酸苯酯的粒径为5μηι 100 μ m。优选的，所述晶须的直径为5μπι 20μπκ长径比为I: (4 30)。优选的,所述膨胀石墨的膨胀率100mL/g 400mL/g。本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤a)将上述技术方案所述的组分混合溶于有机溶剂中，得到混合溶液；b)将所述步骤a)得到的混合溶液进行烘干，得到干燥混合物； c)将所述步骤b)得到的干燥混合物进行真空冷压烧结，得到聚四氟乙烯复合材料；或将所述步骤b)得到的干燥混合物进行真空热压成型，得到聚四氟乙烯复合材料。优选的，所述真空冷压烧结的真空度为(I. O 10) X10_3Pa。优选的，所述真空冷压烧结的压力为20MPa 30MPa ；所述真空冷压烧结的烧结温度为360°C 400°C。优选的，所述真空热压成型的真空度为(I. O 10) X 10 .优选的，所述真空热压成型的压力为30MPa 50MPa ；所述真空热压成型的加热温度为360°C 380°C。本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料，包括以下组分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚对轻基苯甲酸苯酯；0. lwt% 10wt%的膨胀石墨；0. lwt% 10wt%的晶须；0. 01wt% O. ^^%的偶联剂。本发明采用聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的作用下对聚四氟乙烯进行改性，提高了其拉伸强度和耐磨性；而且在本发明提供的聚四氟乙烯复合材料中还包括膨胀石墨，膨胀石墨的加入降低了材料的摩擦系数；本发明提供的聚四氟乙烯复合材料中还包括晶须，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率，因此提高了聚四氟乙烯复合材料的机械性能。因此，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的机械强度，较低的摩擦系数，较好的拉伸强度、球磨痕硬度和耐磨性。实验结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数可达到O. 17，磨损率为3. 98X 10_7cm3/N -m,在120MPa压强下具有较高的抗压强度。
图I为本发明实施例制备的聚四氟乙烯复合材料的压缩强度试验曲线图。
具体实施例方式本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料，包括以下组分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚对轻基苯甲酸苯酯；O. lwt% 10wt%的膨胀石墨；O. lwt% 10wt% 的晶须；O. 01wt% O. lwt% 的偶联剂。
本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料，包括主体材料聚四氟乙烯，在偶联剂存在的条件下采用聚对羟基苯甲酸苯酯对聚四氟乙烯进行改性，提高了其机械性能；而且，本发明提供的材料中还包括膨胀石墨，能够降低材料的摩擦系数；本发明提供的材料中还包括晶须，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率，进一步提高了聚四氟乙烯复合材料的机械性能。因此，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的耐磨性、承压性和较低的摩擦系数，适用于其在重在工况下的应用。本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的原料包括60wt% 95wt%的聚四氟乙烯，优选为64. 95wt% 93. 99wt%的聚四氟乙烯。本发明对所述聚四氟乙烯的来源及结构参数等没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的聚四氟乙烯即可。所述聚四氟乙烯可以为市售商品，也可以按照本领域技术人员熟知的制备方法进行制备。在本发明中，所述聚四氟乙烯的粒径优选为I μ m 100 μ m,更优选为10 μ m 90 μ m。 本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的原料包括3wt% 35wt%的聚对羟基苯甲酸苯酯，优选为5wt% 25wt%。本发明对所述聚对羟基苯甲酸苯酯没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的聚对羟基苯甲酸苯酯即可。在本发明中，可以采用聚对羟基苯甲酸苯酯的市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备方法进行制备得到聚对羟基泵甲酸苯酯。在本发明中，所述聚对轻基苯甲酸苯酯的粒径优选为5 μ m 100 μ m,更优选为10 μ m 90 μ m。聚对羟基苯甲酸苯酯具有耐高温、耐磨耗、耐溶剂、耐辐射、耐压缩蠕变、有润滑、绝缘和导热等一系列优良性能，在本发明中，所述聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的存在下对聚四氟乙烯进行改性，提高了聚四氟乙烯的机械性能、润滑性能和耐磨耗性能。本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的原料包括O. 01wt% O. lwt%的偶联剂，更优选为O. 01wt% O. 05wt%o在本发明中，所述偶联剂优选为硅烷和/或钛酸酯，更优选为硅烷。在偶联剂的作用下，上述技术方案所述的聚对羟基苯甲酸苯酯对聚四氟乙烯进行交联改性，提高了聚四氟乙烯的机械性能。本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的原料包括O. lwt% 10wt%的膨胀石墨,优选为O. 5wt% 5wt%。膨胀石墨具有极强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性，极强的抗高、低温、抗腐蚀、抗辐射特性，极强的抗震特性，极强的电导率，极强的抗老化、抗扭曲的特性，可以抵制各种金属的熔化及渗透，无毒、不含任何致癌物，对环境没有危害。本发明采用膨胀石墨作为聚四氟乙烯复合材料的原料，使得到的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数，在使用的过程中，不易磨损，具有较高的使用寿命。本发明对所述膨胀石墨没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的膨胀石墨即可。在本发明中，可以采用膨胀石墨的市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备方法制备得到的膨胀石墨。在本发明中，所述膨胀石墨的膨胀率优选为100mL/g 400mL/g,更优选为150mL/g 350mL/g。本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的原料包括O. lwt% 10wt%的晶须，优选为O. 5wt% 5wt%。晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小(微米数量级)，不含有通常材料中存在的缺陷(晶界、位错、空穴等)，其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体的理论值，其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率。晶须的强度远高于其他短切纤维，主要用作复合材料的增强体，用于制造高强度复合材料。在本发明中，晶须的加入进一步提高了聚四氟乙烯复合材料的机械性能。本发明对所述晶须没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的晶须即可。在本发明中，所述晶须优选为玄武岩晶须或碳化硅晶须，更优选为玄武岩晶须，所述晶须的直径优选为5 μ m 20 μ m,更优选为10 μ m 15 μ m ;所述晶须的长径比优选为I:(4 30)，更优选为I: (8 25)。本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料，包括以下组分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚对轻基苯甲酸苯酯；0. lwt% 10wt%的膨胀石墨；0. lwt% 10wt%的晶须；0. 01wt% O. lwt%的偶联剂。在本发明中，聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的作用下对聚四氟乙烯进行改性，提高了其拉伸强度和耐磨性；膨胀石墨的加入降低了材料的摩擦系数；晶须的闻度取向结构使其具有闻强度、闻1旲量和闻伸长率，因此晶须的加入提闻了聚四氟乙烯复合材料的机械性能。因此，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的机械强度，较低的摩擦系数，较好的拉伸强度、球磨痕硬度和耐磨性。本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤a)将上述技术方案所述的组分混合溶于有机溶剂中，得到混合溶液；b)将所述步骤a)得到的混合溶液进行烘干，得到干燥混合物；c)将所述步骤b)得到的干燥混合物进行真空冷压烧结，得到聚四氟乙烯复合材料；或将所述步骤b )得到的干燥混合物进行真空热压成型，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法，首先将上述技术方案所述的组分溶于有机溶剂中，得到混合溶液。本发明对上述技术方案所述的组分在有机溶剂中的溶解顺序没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的溶解多个组分的技术方案即可。本 发明优选先将上述技术方案所述的聚四氟乙烯溶于有机溶剂中，得到聚四氟乙烯的有机溶液；然后向其中加入上述技术方案所述的聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨和晶须，溶解后再向其中滴加偶联剂，混合均匀后的混合溶液。本发明为了得到混合均匀的混合溶液，优选将上述技术方案所述的组分溶于有机溶剂后，采用超声振荡同时进行旋流搅拌的方式使其混合均匀，所述超声振荡的时间优选为20分钟 60分钟。在本发明中，所述有机溶剂优选为醇类化合物，更优选为无水乙醇。得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液进行烘干，得到干燥混合物。本发明对所述烘干的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的烘干的技术方案即可。本发明优选将所述混合溶液置于干燥箱内进行加热烘干，得到干燥混合物，在本发明中，所述烘干的温度优选为40°C 100°C，更优选为50°C 90°C ;所述烘干的时间优选为36h 60h，更优选为40h 50h。得到干燥混合物后，本发明将所述干燥混合物进行真空冷压烧结，得到聚四氟乙烯复合材料。在制备的过程中，聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的作用下对聚四氟乙烯进行改性，同时使膨胀石墨和晶须复合其中，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明中，所述真空冷压烧结的真空度优选为(I. O 10) X10_3Pa，更优选为(3. O 8. O) X KT3Pa ;所述真空冷压烧结的压力为20MPa 30MPa ;所述真空冷压烧结的烧结温度为360°C 400°C。在本发明中，所述真空冷压烧结具体为在真空条件下，将所述干燥混合物进行模压成型，得到模压成型产物；将所述模压成型产物进行烧结，得到烧结产物；
将所述烧结产物在加压的条件下进行冷却，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明首先为真空冷压烧结过程提供真空条件，所述真空冷压烧结的真空度优选为(I. O 10) X10_3Pa，更优选为(3. O 8. O) X 10_3Pa。在上述真空条件下，本发明优选将上述技术方案得到的干燥混合物冷却，然后将冷却后的混合物进行模压成型，得到模压成型产物。在本发明中，所述模压成型的压力优选为20MPa 30MPa，更优选为23MPa 28MPa ;所述模压成型的时间优选为3min IOmin,更优选为5min 8min ；得到模压成型产物后，本发明优选对所述模压成型产物进行卸压，然后再进行烧结，得到烧结产物。在本发明中，所述卸压后的压力优选为常压；所述烧结的温度优选为360°C 400°C，更优选为370°C 390°C ;所述烧结的时间优选为2h 6h，更优选为3h 5h ；得到烧结产物后，本发明将所述烧结产物在加压的条件下进行冷却，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明完成所述烧结过程后，停止加热，将得到的烧结产物在加压的条件下 进行冷却，优选将所述烧结产物自然冷却至室温，得到聚四氟乙烯复合材料。在本发明中，所述加压的压力优选为40MPa 60MPa。本发明为了将得到的干燥混合物制成聚四氟乙烯复合材料，还可以将上述技术方案得到的干燥混合物进行真空热压成型，得到聚四氟乙烯复合材料。在制备过程中，聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的作用下对聚四氟乙烯进行改性，同时使膨胀石墨和晶须复合其中，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明中，所述真空热压成型的真空度优选为(I. O 10)Xl(T3Pa，更优选为(3. O 8. O) X KT3Pa ;所述真空热压成型的压力为30MPa 50MPa ；所述真空热压成型的烧结温度为360°C 380°C。在本发明中，所述真空热压成型具体为在真空条件下，将所述干燥混合物进行模压成型，得到模压成型产物；将所述模压成型产物进行烧结，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明首先为真空热压成型过程提供真空条件，所述真空热压成型的真空度优选为(I. O 10) X10_3Pa，更优选为(3. O 8. O) X 10_3Pa。在上述真空条件下，本发明优选将上述技术方案得到的干燥混合物冷却，然后将冷却后的混合物进行模压成型，得到模压成型产物。在本发明中，所述模压成型的压力优选为30MPa 50MPa，更优选为35MPa 45MPa ;所述模压成型的时间优选为3min IOmin,更优选为5min 8min ；得到模压成型产物后，本发明优选将所述模压成型产物进行卸压，然后在对其进行烧结，得到聚四氟乙烯复合材料。在本发明中，所述卸压后的压力优选为常压；所述烧结的温度优选为360°C 380°C，更优选为365°C 375°C ;所述烧结的时间优选为2h 6h，更优选为3h 5h ;完成对所述模压成型产物的烧结后，本发明优选停止加热后，将得到的烧结产物冷却至室温，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明对所述冷却的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的冷却的技术方案即可。本发明优选将得到的烧结产物自然冷却至室温。本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的机械强度，较小的摩擦系数，在拉伸强度、球压痕硬度和耐磨性等方面都有明显的进步，适用于制备旁承摩擦板。全旁承支承的转向架，由于车体全部重量由旁承支承，在重车时车辆回转阻力矩过大。由公式(I)可以看出，要解决重车时车辆回转阻力矩过大的问题，可以采取降低旁承摩擦板摩擦系数μ，降低需要旁承载荷P，减小旁承中心距L这三种方式。但是在旁承载荷固定，旁承中心距无法减小的情况下，降低承载摩擦板摩擦系数成为了唯一的途径。目前常用的旁承摩擦板的摩擦系数在(O. 3 O. 4)，不能满足要求，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料制备的旁承摩擦板摩擦系数可以符合设计要求，且磨损率较低，满足运营要求。Μ=μ XPXL (I)；公式(I)中，M为回转阻力矩，μ为承载摩擦板的摩擦系数，P为车载压力，L为旁承摩擦板中心距。本发明申请人委托中国铁道科学研究院金属及化学研究所对本发明得到的聚四氟乙烯复合材料的性能及其应用产品的性能进行了测试，检测依据参考运装货车 [2006] 158号文《铁道货车心盘磨耗盘和旁承磨耗板技术条件及检测方法》，主要检测设备为MTS液压伺服试验系统和摩擦磨损试验机，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较低摩擦系数，较强的耐磨耗性能，较高的机械强度，而且以本发明提供的聚四氟乙烯复合材料制备的旁承摩擦板成品和副摩擦板成品也具有较低的摩擦系数和较高的耐磨耗性能。本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料，包括以下组分60wt% 95wt%的聚四氟乙烯；3wt% 35wt%的聚对轻基苯甲酸苯酯；0. lwt% 10wt%的膨胀石墨；0. lwt% 10wt%的晶须；0. 01wt% O. lwt%的偶联剂。在本发明中，聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的作用下对聚四氟乙烯进行改性，提高了其拉伸强度和耐磨性；膨胀石墨的加入降低了材料的摩擦系数；晶须的闻度取向结构使其具有闻强度、闻1旲量和闻伸长率，因此晶须的加入提闻了聚四氟乙烯复合材料的机械性能。因此，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的机械强度，较低的摩擦系数，较好的拉伸强度、球磨痕硬度和耐磨性。实验结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数可达到O. 17，磨损率为3. 98X10_7cm3/N ·ι ，在120MPa压强下具有较高的抗压强度。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法进行详细的描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。在本发明中，对于得到的聚四氟乙烯复合材料和旁承摩擦板成品以及副摩擦板成品性能的测试由中国铁道科学研究院金属及化学研究所实施。以下实施例中的玄武岩晶须购自深圳俄金碳材料科技有限公司，规格为单丝直径在9 μ m以下。实施例I将93. 99g粒径为I μ m的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，向其中加入5g粒径为5 μ m的聚对轻基苯甲酸苯酯、O. 5g膨胀率为100mL/g的膨胀石墨和O. 5g玄武岩晶须纤维,溶解后再向其中滴加O. Olg硅烷偶联剂，然后将得到的混合溶液放入超声波容器中进行超声，同时进行搅拌30min至混合均匀。将得到的混合均匀的材料放入干燥箱内，在60°C温度下加热烘干48h ;对烧结炉进行真空处理，使真空度达到I. OX 10_3Pa ;将烘干的材料冷却后在25MPa压力下模压成型，保压5min ;卸压后加热至380°C烧结，保温4h ;停止加热，自然冷却到室温，同时加压50MPa，即得聚四氟乙烯复合材料。本发明检测了得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦性能和机械性能，结果如表I、表2和图I所示，表I为本发明实施例I 2得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数及磨损率测试数据，表2为本发明实施例I得到的聚四氟乙烯复合材料的抗压强度试验数据。图I为本发明实施例I得到的聚四氟乙烯复合材料的压缩强度试验曲线图，其中，曲线I为本发明实施例I得到的聚四氟乙烯复合材料制成的灰白样的压缩强度试验曲线，曲线2为本发明实施例I得到的聚四氟乙烯复合材料制成的灰黑样的压缩强度试验曲线，曲线3本发明实施例I得到的聚四氟乙烯复合材料制成的塑料环样的压缩强度试验曲线，由图I可以看出，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的压缩强度。本发明将得到的聚四氟乙烯复合材料制成旁承摩擦板成品和副摩擦板成品，并检测了得到的旁承摩擦板成品和副摩擦板成品的性能进行了检测，结果如表3和表4所示，表3为本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据，表4为本发明实施例I得到的副摩擦板成品摩擦系数测试数据。实施例2将79. 98g粒径为100 μ m的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，向其中加入16g粒径为100 μ m的聚对轻基苯甲酸苯酯、2g膨胀率为400mL/g的膨胀石墨和2g玄武岩晶须,溶解后再向其中滴加O. 02g硅烷偶联剂，然后将得到的混合溶液放入超声波容器进行超声，同时 进行搅拌30min至混合均匀。将得到的混合均匀的材料放入干燥箱内在60°C温度下加热烘干48h ;对烧结炉进行真空处理，真空度IX 10_2Pa ;将烘干的材料冷却后在25MPa压力下模压成型，保压5min ;卸压后加热至380°C烧结，保温4h ;停止加热，自然冷却到室温，同时加压50MPa,得到聚四氟乙烯复合材料。本发明对得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦性能进行了测试，结果如表I所示，表I为本发明实施例I 2得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数及磨损率测试数据。本发明检测了得到的聚四氟乙烯复合材料的机械性能，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的抗压强度。本发明将得到的聚四氟乙烯复合材料制成旁承摩擦板成品和副摩擦板成品，并检测了得到的旁承摩擦板成品和副摩擦板成品的性能进行了检测，结果如表3所示，表3为本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据。实施例3将79. 97g粒径为10 μ m的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，向其中加入14g粒径为15 μ m的聚对轻基苯甲酸苯酯、3g膨胀率为120mL/g的膨胀石墨和3g玄武岩晶须,溶解后再向其中滴加O. 03g硅烷偶联剂，然后将得到的混合溶液放入超声波容器进行超声，同时进行搅拌30min至混合均匀。将得到的混合均匀的材料放入干燥箱内在60°C温度下加热烘干48h ;对烧结炉进行真空处理，真空度2. OX 10_3Pa ;将烘干的材料冷却后在25MPa压力下模压成型，保压5min ;卸压后加热至380°C烧结，保温4h ;停止加热，自然冷却到室温，同时加压50MPa，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明对得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦性能进行了测试，结果如表I所示，表I为本发明实施例I 2得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数及磨损率测试数据。本发明检测了得到的聚四氟乙烯复合材料的机械性能，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的抗压强度。本发明将得到的聚四氟乙烯复合材料制成旁承摩擦板成品，并检测了得到的旁承摩擦板成品的性能进行了检测，结果如表3所示，表3为本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据。本发明还将得到的聚四氟乙烯复合材料制成副摩擦板成品，对其的摩擦系数进行了检测，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较好的摩擦性能。实施例4将64. 95g粒径为20 μ m的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，向其中加入25g粒径为30 μ m的聚对轻基苯甲酸苯酯、5g膨胀率为150mL/g的膨胀石墨和5g玄武岩晶须,溶解后再向其中滴加O. 05g硅烷偶联剂，然后将得到混合溶液放入超声波容器进行超声，同时进行搅拌30min至混合均匀。将得到的混合均匀的材料放入干燥箱内在60°C温度下加热烘干48h ;对烧结炉进行真空处理，真空度3. OX KT3Pa ;将烘干的材料冷却后在25MPa压力下模压成型，保压5min ;卸压后加热至380°C烧结，保温4h ;停止加热，自然冷却到室温，同时加压50MPa,得到聚四氟乙烯复合材料。本发明对得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦性能和机械性能进行了测试，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数和较低的磨损率，具有较高的抗压强度。 本发明将得到的聚四氟乙烯复合材料制成旁承摩擦板成品，并检测了得到的旁承摩擦板成品的性能进行了检测，结果如表3所示，表3为本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据。本发明还将得到的聚四氟乙烯复合材料制成副摩擦板成品，对其的摩擦系数进行了检测，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较好的摩擦性能。实施例5将93.99g粒径为30μπι的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，向其中加入5g粒径为40 μ m的聚对轻基苯甲酸苯酯、O. 5g膨胀率为180mL/g的膨胀石墨和O. 5g玄武岩晶须,溶解后向其中滴加O. Olg硅烷偶联剂，将得到的混合溶液放入超声波容器进行超声，同时进行搅拌30min至混合均匀。将得到的混合均匀的材料放入干燥箱内在60°C温度下加热烘干48h ;对烧结炉进行真空处理，真空度4. OX KT3Pa ;将烘干的材料冷却后在25MPa压力下模压成型，保压5min ;卸压后加热至380°C烧结，保温4h ;停止加热，自然冷却到室温得到聚四氟乙烯复合材料。本发明对得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦性能和机械性能进行了测试，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数和较低的磨损率，具有较高的抗压强度。本发明将得到的聚四氟乙烯复合材料制成旁承摩擦板成品，并检测了得到的旁承摩擦板成品的性能进行了检测，结果如表3所示，表3为本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据。本发明还将得到的聚四氟乙烯复合材料制成副摩擦板成品，对其的摩擦系数进行了检测，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较好的摩擦性能。实施例6将79. 98g粒径为50 μ m的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，向其中加入16g粒径为80 μ m的聚对羟基苯甲酸苯酯、2g膨胀率为220mL/g的膨胀石墨和2g玄武岩晶须，溶解后向其中滴加O. 02g硅烷偶联剂，将得到的混合溶液放入超声波容器进行超声，同时进行搅拌30min至混合均匀。将得到的混合均匀的材料放入干燥箱内在60°C温度下加热烘干48h ；对烧结炉进行真空处理，真空度5. OX 10_3Pa ;将烘干的材料冷却后在25MPa压力下模压成型，保压5min ;卸压后再加热至380°C烧结，保温4h ;停止加热，自然冷却到室温得到聚四氟乙烯复合材料。本发明对得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦性能和机械性能进行了测试，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数和较低的磨损率，具有较高的抗压强度。本发明将得到的聚四氟乙烯复合材料制成旁承摩擦板成品，并检测了得到的旁承摩擦板成品的性能进行了检测，结果如表3所示，表3为本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据。本发明还将得到的聚四氟乙烯复合材料制成副摩擦板成品，对其的摩擦系数进行了检测，结果表明，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较好的摩擦性能。表I本发明实施例I 2得到的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数及磨损率测试
数据
实施例摩擦系数磨损率(αη3/Ν·ηι)备注
10.173.98Χ10—7 磨耗面接触面积100%
20.184.25XIO'7 测试样条中间有横向变性由表I可以看出，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦系数和较低的磨损率，能够适应高承重运载的需要。表2本发明实施例I得到的聚四氟乙烯复合材料的抗压强度试验数据
实迨100 MPa120 MPa120 MPa
名称备注例_1452 KN_1742 KN_保持 20 min_
灰白四周压延四周压延四周压延
^,护环内无裂损
样压缩1..7(丨mu 压縮2.03 mm 压缩2.84 mm
灰黑四周压延四周压延四周压延
I护环内无裂损
样压缩丨.44 mm 压缩17 O mm 压缩1.82 mm
塑料四周压延，塑料环随着压缩量增加逐渐下滑，力值达到1300 KN时塑料环
环样__被彻底弹出，起不到固定作用，压延持续加剧_由表2可以看出，本发明得到的聚四氟乙烯复合材料具有较高的抗压强度。表3本发明实施例I 6得到的旁承摩擦板成品摩擦系数测试数据
权利要求
1.一种聚四氟乙烯复合材料，包括以下组分 60wt% 95wt%的聚四氟乙烯； 3wt% 35wt%的聚对轻基苯甲酸苯酯； O.lwt% 10wt%的膨胀石墨； O.lwt% 10wt%的晶须； O.01wt% O. lwt%的偶联剂。
2.根据权利要求I所述的材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯的粒径为ΙμπΓ ΟΟμπι。
3.根据权利要求I所述的材料，其特征在于，所述聚对羟基苯甲酸苯酯的粒径为5 μ m 100 μ m。
4.根据权利要求I所述的材料，其特征在于，所述晶须的直径为5μ πΓ20 μ m、长径比为I: (4 30)。
5.根据权利要求I所述的材料，其特征在于，所述膨胀石墨的膨胀率为IOOmL/g 400mL/g。
6.一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤 a)将权利要求I飞任意一项所述的组分混合溶于有机溶剂中，得到混合溶液； b)将所述步骤a)得到的混合溶液进行烘干，得到干燥混合物； c)将所述步骤b)得到的干燥混合物进行真空冷压烧结，得到聚四氟乙烯复合材料； 或 将所述步骤b)得到的干燥混合物进行真空热压成型，得到聚四氟乙烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷压烧结的真空度为(I. (Tl。) X IO^3Pa0
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷压烧结的压力为20MPa"30MPa ； 所述真空冷压烧结的烧结温度为360°C 400°C。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述真空热压成型的真空度为(I. (Tl。) X 10，a。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述真空热压成型的压力为30MPa"50MPa ； 所述真空热压成型的加热温度为360°C 380°C。
全文摘要
本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。本发明提供的聚四氟乙烯复合材料包括以下组分60wt%~95wt%的聚四氟乙烯；3wt%~35wt%的聚对羟基苯甲酸苯酯；0.1wt%~10wt%的膨胀石墨；0.1wt%~10wt%的晶须；0.01wt%~0.1wt%的偶联剂。本发明采用聚对羟基苯甲酸苯酯在偶联剂的作用下对聚四氟乙烯进行改性，提高了其拉伸强度和耐磨性；膨胀石墨的加入降低了材料的摩擦系数；晶须的加入提高了聚四氟乙烯复合材料的机械性能。因此，本发明提供的聚四氟乙烯复合材料具有较高的机械强度，较低的摩擦系数，较好的拉伸强度、球磨痕硬度和耐磨性。
文档编号C08K7/10GK102924853SQ20121034406
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者赵兴, 仇伟建, 李宏 申请人:株洲海天工程塑料实业有限公司