一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料中包含Ti3SiC2或Ti3AlC2。另外本发明还提供一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法，该方法包括将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2或Ti3AlC2混合，然后进行冷压成型及烧结，得到聚四氟乙烯复合材料。本发明的聚四氟乙烯复合材料具有高耐磨性，且生产工艺简单，成本较低，能够实现工业化大规模生产。
【专利说明】一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料改性【技术领域】，具体涉及一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚四氟乙烯具有优异的耐腐蚀性、耐热性及热稳定性，并具有很宽的使用温度范围及较低的摩擦系数，另外还具有突出的阻燃性、良好的电绝缘性、不粘性及生理相容性，广泛应用于航空航天、石油化工、机械、电子、建筑及医疗等领域。但纯聚四氟乙烯的耐磨性较差，使其应用受到限制。
[0003]目前已采用多种方法提高聚四氟乙烯材料的耐磨性能，其中填充改性是非常便捷而又有效的方式，在聚四氟乙烯中填充玻璃纤维、碳纤维或石墨等微米级材料以及填充碳纳米管或石墨烯等纳米材料均能有效地改善聚四氟乙烯材料的耐磨性能，但上述方法存在工艺复杂，成本较高，改善效果不理想等问题。例如中国发明专利200510061587.8公开一种含金属硫化物纳米管的聚四氟乙烯耐磨复合材料，该复合材料具有较好的耐磨性能，但其采用的填充材料金属硫化物纳米管价格昂贵，而且工艺较复杂，不适合大批量生产。
[0004]因此，如何采用工艺简单、生产成本较低且适合大批量生产的方法提高聚四氟乙烯材料的耐磨性能成为本领域亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种聚四氟乙烯复合材料，该复合材料采用Ti3SiC2或Ti3AlC2作为填充材料制备，生产工艺简单，成本较低，能够实现工业化大规模生产。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法。
[0007]为达到上述目的，本发明提供一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料中含有Ti3SiC2或Ti3AlC20
[0008]优选地，所述聚四氟乙烯复合材料中含有l_10wt%优选l_5wt%的Ti3SiC2或Ti3AlC2。
[0009]优选地，所述聚四氟乙烯复合材料由l_10wt%的Ti3SiC2或Ti3AlC2与90_99wt%的纯聚四氟乙烯制成。
[0010]优选地,所述聚四氟乙烯复合材料由l_5wt%的Ti3SiC2或Ti3AlC2与95_99wt%的纯聚四氟乙烯制成。
[0011]优选地，所述Ti3SiC2及Ti3AlC2的粒径为30-50 μ m。
[0012]优选地，所述纯聚四氟乙烯的粒径为50-100 μ m。
[0013]本发明进一步提供上述聚四氟乙烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括:将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2*Ti3AlC2混合，然后进行冷压成型及烧结，得到聚四氟乙烯复合材料。[0014]优选地，所述制备方法包括:
[0015]步骤a:将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2或Ti3AlC2混合，得到混合物；
[0016]步骤b:将混合物在15-25 °C及30_60Mpa优选30MPa下压制成型；
[0017]步骤c:将步骤b得到的混合物在空气中烧结得到聚四氟乙烯复合材料。
[0018]优选地，所述步骤a中，将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2或Ti3AlC2混合30_120min，优选30min,得到混合物。
[0019]优选地，所述步骤c中，将步骤b得到的混合物在空气中以60-100°C /小时，优选100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以50-80°C /小时，优选60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到聚四氟乙烯复合材料。
[0020]与现有技术相比，本发明的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法至少具有以下优点。[0021]一、本发明采用Ti3SiC2或Ti3AlC2作为填充材料制备聚四氟乙烯复合材料，其中Ti3SiC2及Ti3AlC2为兼具陶瓷和金属优良性能的层状三元化合物，具有良好的力学性能和类似石墨的自润滑性能，经实验证明，采用Ti3SiC2*Ti3AlCjt为填充材料制备的聚四氟乙烯复合材料具有较好的耐磨性和较低的摩擦系数，其中添充Ti3SiC2或Ti3AlC2的聚四氟乙烯复合材料的磨损率仅为纯聚四氟乙烯材料的1/100-1/500，因此本发明制备的聚四氟乙烯复合材料具有高耐磨性，可广泛应用于航天、化工、医疗及机械等领域；
[0022]二、本发明采用价格相对便宜的Ti3SiC2或Ti3AlC2作为填充材料制备聚四氟乙烯复合材料，生产工艺简单，成本较低，能够实现工业化大规模生产。
【具体实施方式】
[0023]以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
[0024]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
[0025]实施例1
[0026]将5wt%的Ti3SiC2粉末(粒径约为30-50 μ m)与95wt%的纯聚四氟乙烯粉末(粒径约为50-100 μ m)放入混料机中混合30min，随后将混合物在15_25°C、30MPa下压制成型，然后将样品放入烧结炉中，在空气中以100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到含5wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料。
[0027]该实施例适于制备各种形状的聚四氟乙烯复合材料。作为对比，采用与上述相同的方法及成分比例制备含5被％石墨的聚四氟乙烯复合材料。分别将纯聚四氟乙烯材料、含5wt%TI3SiC2的聚四氟乙烯复合材料及含5wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料与45#钢对磨，在相同的摩擦测试条件下(接触压力3.1SMPa, 0.4m/s, lh，室温)测试材料的耐磨性，测试得到纯聚四氟乙烯材料的摩擦系数为0.162，含5wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.156，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/360 ;而含5wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.158，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/50。
[0028]实施例2[0029]将5wt%的Ti3AlC2粉末(粒径约为30-50 μ m)与95wt%的纯聚四氟乙烯粉末(粒径为50-100 μ m)放入混料机中混合30min，随后将混合物在15_25°C、30MPa下压制成型，然后将样品放入烧结炉中，在空气中以100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到含5wt%Ti3AlC2的聚四氟乙烯复合材料。
[0030]分别将上述含5wt%Ti3AlC2的聚四氟乙烯复合材料及纯聚四氟乙烯材料与45#钢对磨，在与实施例1相同的摩擦测试条件下测试材料的耐磨性，测试得到上述含5wt%Ti3AlC2的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.150，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/300。
[0031]实施例3
[0032]将10wt%的Ti3SiC2粉末(粒径约为30-50 μ m)与90wt%的纯聚四氟乙烯粉末(粒径为50-100 μ m)放入混料机中混合30min，随后将混合物在15_25°C、30MPa下压制成型，然后将样品放入烧结炉中，在空气中以100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到含10wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料。
[0033]作为对比，采用与上述相同的方法及成分比例制备含10wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料。分别将纯聚四氟乙烯材料、含10wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料及含10wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料与45 #钢对磨，在与实施例1相同的摩擦测试条件下测试材料的耐磨性，测试得到含10wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.155，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/500 ;而含10wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.156，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/120。
[0034]实施例4
[0035]将lwt%的Ti3SiC2粉末(粒径约为30-50 μ m)与99wt%的纯聚四氟乙烯粉末(粒径为50-100 μ m)放入混料机中混合30min，随后将混合物在15_25°C、30MPa下压制成型，然后将样品放入烧结炉中，在空气中以100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到含lwt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料。
[0036]作为对比，采用与上述相同的方法及成分比例制备含lwt%石墨的聚四氟乙烯复合材料。分别将纯聚四氟乙烯材料、含lwt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料及含lwt%石墨的聚四氟乙烯复合材料与45#钢对磨，在与实施例1相同的摩擦测试条件下测试材料的耐磨性，测试得到含lwt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.16，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/100 ;而含lwt%石墨的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.165，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/3。
[0037]实施例5
[0038]将2wt%的Ti3SiC2粉末(粒径约为30-50 μ m)与98wt%的纯聚四氟乙烯粉末(粒径为50-100 μ m)放入混料机中混合30min，随后将混合物在15_25°C、30MPa下压制成型，然后将样品放入烧结炉中，在空气中以100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到含2wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料。[0039]作为对比，采用与上述相同的方法及成分比例制备含2wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料。分别将纯聚四氟乙烯材料、含2wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料及含2wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料与45#钢对磨，在与实施例1相同的摩擦测试条件下测试材料的耐磨性，测试得到含2wt%Ti3SiC2的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.157，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/260 ;而含2wt%石墨的聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数为0.160，其磨损率为纯聚四氟乙烯材料的1/8。
[0040]上述实施例1-5中制备的聚四氟乙烯复合材料的磨损性能测试数据如表1所示。
[0041]表1实施例1-5中聚四氟乙烯复合材料的磨损性能测试
[0042]
【权利要求】
1.一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料中含有Ti3SiC2或Ti3AlC2。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料中含有 l_10wt% 优选 l-5wt% 的 Ti3SiC2 或 Ti3AlC2。
3.根据权利要求1或2所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料由l_10wt%的Ti3SiC2或Ti3AlC2与90-99wt%的纯聚四氟乙烯制成。
4.根据权利要求3所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料由l-5wt%的Ti3SiC2或Ti3AlC2与95-99wt%的纯聚四氟乙烯制成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述Ti3SiC2及Ti3AlC2的粒径为30-50 μ m。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述纯聚四氟乙烯的粒径为50-100 μ m。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括:将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2或Ti3AlC2混合，然后进行冷压成型及烧结，得到聚四氟乙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括: 步骤a:将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2或Ti3AlC2混合，得到混合物； 步骤b:将混合物在15-25 °C及30-60Mpa优选30MPa下压制成型； 步骤c:将步骤b得到的混合物在空气中烧结得到聚四氟乙烯复合材料。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，将纯聚四氟乙烯与Ti3SiC2或Ti3AlC2混合30-120min，优选30min，得到混合物。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，将步骤b得到的混合物在空气中以60-100°C /小时，优选100°C /小时的升温速率加热至300°C，再以50-80°C /小时 ，优选60°C /小时的升温速率加热至370°C，保温2小时，然后自然冷却至室温，得到聚四氟乙烯复合材料。
【文档编号】C08K3/14GK103788551SQ201410015514
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】许剑光, 严汉兵 申请人:盐城工学院