一种超细高岭土填充ptfe复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种超细高岭土填充PTFE复合材料及其制备方法，所述复合材料主要由质量配比如下的原料制成：聚四氟乙烯80~95份，超细高岭土5~20份，填料0.01~1份，表面活性剂0.005~0.1份；本发明的超细高岭土填充聚四氟乙烯复合材料，由于高岭土价格便宜，应用面广，质软、可以分散于悬浮水中，具有良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能，因此复合材料制备工艺简单，经济实惠，具有强的市场竞争力。
【专利说明】一种超细高岭土填充PTFE复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超细高岭土填充PTFE复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚四氟乙烯(PTFE)树脂具有摩擦系数低、耐高低温、耐化学腐蚀、耐老化、高绝缘、不黏等优点，但由于其尺寸稳定性差、导热性能差、蠕变大、硬度低、尤其是在载荷下易磨损，使它在机械承载、摩擦磨损和密封润滑等领域的应用受到限制。因此为了拓展PTFE的应用领域，在保持PTFE原有优点的基础上，PTFE中加入填充剂，利用复合效应，达到提高PTFE综合性能的目的。玻璃纤维，碳纤维，石墨，二硫化钥，空心微珠及各种陶瓷粉是目前最常用的填充剂，但他们都有不足之处，如玻璃纤维不耐碱和氢氟酸，在水中不耐磨，玻璃纤维会损伤对偶面，二硫化钥、石墨、青铜粉，各种的陶瓷粉硬度大，易磨损，因此，需要寻找更加合适的填充材料，来制备性能优异的，应用更加广阔的PTFE复合材料。
[0003]高岭土是一种廉价的层状硅酸盐矿物材料，其质软、易悬浮分散于水中、并且具有良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能，良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量等性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业中所必需的矿物原料。高岭土作为塑料和橡胶的填充剂使用时，可使塑料表面光滑，提高尺寸精度和耐化学腐蚀，并且具有改善聚合物摩擦磨损性能与力学性能的优点，所以高岭土在塑料和橡胶中方面具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种简单的，成本低的超细高岭土填充PTFE复合材料的制备方法，采用该方法制备而得的超细高岭土填充PTFE复合材料性能优异，应用范围广泛。
[0005]本发明采用的技术方案是:
一种超细高岭土填充PTFE复合材料，主要由质量配比如下的原料制成:
聚四氟乙烯 80-95份 超细高岭土 5~20份 填料0.01-1份
表面活性剂 0.005^0.1份；
所述聚四氟乙烯的粒径为20~200 μ m ;
所述超细高岭土的粒径为0.02~20 μ m ;
所述填料为下列之一:氧化铝、氧化锌、氧化硅、玻璃纤维、碳纤维、石墨、石墨烯、MoS2,粒径为0.02 μ π-20 μ m,优选为氧化铝、石墨或MoS2 ；
所述表面活性剂为下列之一:全氟辛酸、全氟磺酸、全氟辛酸铵或壬基酚聚氧乙烯醚，优选为全氟辛酸。
[0006]上述为制备所述复合材料的固体原料，不包括制备过程中所用的水。
[0007]本发明还涉及制备所述的超细高岭土填充PTFE复合材料的方法，所述方法如下:(1)将配方量的表面活性剂溶于水中，配成质量浓度0.05^1%的溶液；
(2)往步骤(1)溶液中依次加入聚四氟乙烯、超细高岭土超声分散，再加入填料，搅拌均匀，得混合料；
(3)步骤(2)所得混合料烘干，在30~40MPa压强下冷压成型，保压3~10分钟；
(4)步骤(3)所得成型物放入高温烧结炉中，200~380°C保温0.5~4小时；
(5)步骤(4)所得烧结产物冷却至室温，得所述超细高岭土填充PTFE复合材料。
[0008]步骤(4)方法可如下:步骤(3)所得成型物放入高温烧结炉中，以30~100°C /小时的升温速率加热，当温度到达250~320°C时保温I~2次，每次保温时间为20~40分钟；然后继续以30~100°C /分钟的升温速率加热至350~380°C，保温0.5~2小时；
步骤(5)方法可如下:步骤(4)所得的烧结产物以30~100°C /小时降温至250~320°C时保温20~40分钟，再自然冷却至室温，得超细高岭土填充PTFE复合材料。
[0009]采用本发明方法制备而得的超细高岭土填充PTFW复合材料，按国标GB/T-3960-1983检测，其磨耗量≤2.5mg,摩擦系数≤0.2，按国标GB-T2411-1980检测，其邵氏硬度≤58.0，按ASTMD955检测，其收缩率≤2.5%。
[0010]本发明超细高岭土填充PTFE复合材料，可制备输送腐蚀性气体的输送管、排气管、蒸汽管，和轧钢机高压油管、飞机液压系统和冷压系统的高中低压管道、精馏塔、热交换器以及釜、塔、槽的衬里阀门等化工设备；结构屋架、大型化工管道、贮槽的支撑滑块，以及桥梁支座和架桥转体等设备。
[0011]本发明的有益效果主要体现在:本发明的超细高岭土填充聚四氟乙烯复合材料，由于高岭土价格便宜，应用面广，质软、可以分散悬浮于水中，并且具有改善聚合物摩擦磨损性能与力学性能的优点，因此复合材料制备工艺简单，经济实惠，具有较强的市场竞争力。
【具体实施方式】
[0012]下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此:
实施例1:
原料:
PTFE (粒度50 μ m)，85质量份；
高岭土(粒度0.2 μ m), 15质量份；
Al2O3 (粒度 60nm)，0.05 质量份；
全氟辛酸，0.05质量份；
方法:
(1)将全氟辛酸溶于水中，配成质量浓度0.5%的溶液；
(2)往步骤(1)溶液中依次加入聚四氟乙烯、超细高岭土，超声(250W，26KHz)分散10分钟，再加入填料，搅拌均匀，得混合料；
(3)混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀，然后在38Mpa强压下冷压成型(即，室温下压制成型)，冷压时间为5分钟；
(4)步骤(3)所得成型物放入高温烧结炉中，以80°C/小时的升温速率加热，当温度到达330°C时保温30分钟；然后继续以60°C /小时升温速率加热至370°C，保温0.5小时；
(5)步骤(4)烧结产物以60°C /小时的速率降温至330°C时保温24分钟，再自然冷却至室温，得超细高岭土填充PTFE复合材料。
[0013]该超细高岭土填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测，其磨耗量≤ 2.5毫克，摩擦系数≤0.19 ;按6812411-1980检测，其中邵氏硬度≥61.0 ;按ASTM D955检测，其收缩率< 2.2% ;分别在浓硫酸和氢氧化钠(浓度40%，w/w)溶液中放置24小时，该超细高岭土填充复合材料不发生腐蚀。
[0014]实施例2:
原料:
PTFE (粒度65 μ m)，85质量份；
高岭土(粒度0.1 μ m), 15质量份；
石墨(30 μ m)，0.05质量份；
全氟辛酸，0.05质量份；
方法:
(1)将全氟辛酸溶于水中，配成质量浓度0.5%的溶液；
(2)往步骤(1)溶液中依次加入聚四氟乙烯、超细高岭土，超声(250W，26KHz)分散10分钟，再加入填料，搅拌均匀，得混合料；
(3)混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀，然后再110°C烘干2小时，然后在35Mpa强压下冷压成型(即，室温下压制成型)，冷压时间为8分钟；
(4)成型物放入高温烧结炉中，以80°C/小时的升温速率加热，当温度到达290 0C时保温30分钟；然后继续以60°C /小时升温速率加热至380°C，保温0.5小时；
(5)烧结产物以60°C/小时的速率降温至290°C时保温30分钟，再自然冷却至室温，得超细高岭土填充PTFE复合材料。
[0015]该超细高岭土填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测，其磨耗量≤ 2.5毫克，摩擦系数≤ 0.18 ;按6812411-1980检测，其中邵氏硬度≥60.0 ;按ASTM D955检测，其收缩率≤2.2% ;分别在浓硫酸和氢氧化钠(浓度40%)溶液中放置24小时，该超细高岭土填充复合材料不发生腐蚀。
[0016]实施例3:
原料:
PTFE (粒度65 μ m)，90质量份；
高岭土(粒度0.1 μ m)，9质量份；
MoS2 (0.06 μ m),1 质量份;
全氟磺酸，0.05质量份；
方法:
(1)将全氟辛酸溶于水中，配成质量浓度0.5%的溶液；
(2)往步骤(1)溶液中依次加入聚四氟乙烯、超细高岭土，超声(250W，26KHz)分散10分钟，再加入填料，搅拌均匀，得混合料；
(3)混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀，然后再100°C烘干2小时，然后在35Mpa强压下冷压成型(即，室温下压制成型)，冷压时间为5分钟；(4)成型物放入高温烧结炉中，以80°C/小时的升温速率加热，当温度到达290 °C时保温30分钟；然后继续以60°C /小时升温速率加热至380°C，保温0.5小时；
(5)烧结产物以60°C/小时的速率降温至290 °C时保温30分钟，再自然冷却至室温，得超细高岭土填充PTFE复合材料。
[0017]该超细高岭土填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测，其磨耗量≤ 2.5豪克，摩擦系数≤0.19 ;按6812411-1980检测，其中邵氏硬度≥59.0 ;按ASTM D955检测，其收缩率≤ 2.2% ;分别在浓硫酸和氢氧化钠(浓度40%)溶液中放置24小时，该超细高岭土填充复合材料不发生腐蚀 。
【权利要求】
1.一种超细高岭土填充PTFE复合材料，主要由质量配比如下的原料制成: 聚四氟乙烯 80-95份 超细高岭土 5~20份 填料0.01-1份 表面活性剂 0.005^0.1份； 所述聚四氟乙烯的粒径为20~200 μ m ; 所述超细高岭土的粒径为0.02~20 μ m ; 所述填料为下列之一:氧化铝、氧化锌、氧化硅、玻璃纤维、碳纤维、石墨、石墨烯、MoS2,粒径为0.02 μ m~20 μ m ； 所述表面活性剂为下列之一:全氟辛酸、全氟磺酸、全氟辛酸铵或壬基酚聚氧乙烯醚。
2.制备权利要求1所述的超细高岭土填充PTFE复合材料的方法，所述方法如下: 将配方量的表面活性剂溶于水中，配成质量浓度0.05^1%的溶液； 往步骤(1)溶液中依次加入聚四氟乙烯、超细高岭土超声分散，再加入填料，搅拌均匀，得混合料； 步骤(2)所得混合料烘干，在30~40MPa压强下冷压成型，保压3~10分钟； 步骤(3)所得成型物放入高温烧结炉中，200~380°C保温0.5~4小时； 步骤(4)所得烧结产物冷却至室温，得所述超细高岭土填充PTFE复合材料。
【文档编号】C08K3/34GK103509300SQ201310466210
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】魏美英, 王菊华, 汪海风, 罗仲宽 申请人:浙江大学