专利名称：：耐磨自润滑复合材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种耐磨自润滑复合材料及其制备方法。
背景技术：
：聚四氟乙烯(PTFE)拥有优异的耐热性、耐腐蚀性和介电性能，尤其是其独特的非粘着性和自润滑性，使其不仅在化工、电气行业而且在机械、电子行业得到广泛的重视。但纯聚四氟乙烯存在明显的耐磨性差、耐蠕变性差的缺点，使其应用范围和效果受到很大的限制。通常采用微米级无机粒子填充改性PTFE。但是,微米级粒子填充改性的聚四氟乙烯材料仍存在一定的局限性，如摩擦系数增大，韧性显著降低，而且硬度、耐蠕变性以及耐磨性与无机物含量密切相关，在无机物含量较低时，硬度和耐蠕变性变化不大，耐磨性也改善不明显，而无机物含量稍高时，耐磨性和耐蠕变性又呈下降趋势。另外，微米级无机粒子填充改性的聚四氟乙烯材料加工性能也不好。纳米多孔二氧化硅具有蜂窝状多孔结构，是近年来迅速发展起来的具有优异性能的新材料，具有许多微米级或普通纳米材料所不具备的理化特性。由于其微观尺度上具有规则的孔道及具有大的比表面等结构特征，在催化、吸附、过滤、环保和改性复合材料等领域有着重要而广泛的研究和应用。纳米多孔二氧化硅具有小尺寸(粒径约2100nm)，高表面能和高比表面积(最高达IOOOm2/g)，高孔隙率(最高达90%以上)、低密度(最低达0.02g/cm3)和高耐温性(最高耐温可达100(TC)等特殊性能，填充在聚合物中，会与基体产生很强的界面作用和良好的改性效果。并且纳米多孔二氧化硅具有原料易得，制备简单，物理和化学性能稳定等优点。因此，将纳米多孔二氧化硅应用于塑料和橡胶中，将明显改善材料的耐磨性和力学性能。迄今为止，国内外还没有关于用纳米多孔二氧化硅改性聚四氟乙烯材料性能的研究报道。中国发明专利CN1176153C公开了一种含有碳纳米管的聚四氟乙烯耐磨复合材料，中国发明专利CN1844228A公开了一种稀土改性碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料的制备方法，中国发明专利CN1775846A公开了一种含有过渡金属二硫化物纳米管的聚四氟乙烯耐磨复合材料，中国发明专利CN1699464A公开了一种纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法，但填充物碳纳米管、稀土改性碳纳米管、过渡金属二硫化物纳米管及纳米Si3N4都存在制备工艺繁琐、价格昂贵，而且性能不稳定的不足之处，因此，不适合应用和批量生产。中国发明专利CN1221646C公开了一种纳米材料改性聚四氟乙烯油封专用组合物及其制备方法，但采用的是普通纳米无机粒子，对材料的硬度、耐蠕变性能以及耐磨性改善程度有限，其主要用途是油封专用料组合物。
发明内容本发明的目的是提供一种耐磨自润滑复合材料及其制备方法。由聚四氟乙烯和金属组成摩擦副，当两者相对滑动时，由于摩擦力的作用，聚合物表层发生塑性变形，转移到金属表面形成转移膜，从而引起粘着磨损。以纳米多孔二氧化硅粒子改性的聚四氟乙烯复合材料，由于纳米刚性粒子的存在，减缓了材料的塑性变形，因此粘着磨损减轻。另外，与普通微粒颗粒改性的聚四氟乙烯复合材料相比，纳米多孔二氧化硅粒子改性的聚四氟乙烯复合材料受磨粒磨损的机会也很小。这是因为普通无机微粒与聚四氟乙烯的不相容性比较明显，在摩擦过程中容易从摩擦表面脱落，成为夹杂在摩擦副中的磨粒，造成磨粒磨损，而对于纳米多孔二氧化硅粒子来说，由于纳米粒子的比表面积增大，与基体接触面积增大，而且多孔形纳米粒子表面缺陷多，活性中心多，与聚合物基体的作用点就多，因此易于和PTFE基体分子之间发生物理与化学作用，增加与基体的接触和渗透，从而更有利于纳米多孔二氧化硅粒子和PTFE基体的紧密结合。当受到摩擦外力作用时，粒子不易与基体脱离。而且，个别脱落下来的纳米多孔粒子，由于表面具有很高的活性，一方面在载荷和摩擦温升的作用下会镶嵌在摩擦副表面提高转移膜的硬度，使转移膜变得致密而均匀，不易脱落，从而起到对摩擦副表面的修复作用；另一方面又能在聚四氟乙烯复合材料磨损表面产生富积，被重新嵌入复合材料的纳米多孔粒子几乎逐渐覆盖了整个磨损表面，并在复合材料磨损表面形成完整的润滑膜，因而纳米多孔二氧化硅填充的聚四氟乙烯复合材料与对偶件的摩擦实际已转化为纳米多孔粒子润滑膜之间的摩擦，PTFE基体被直接磨损的几率进一步减小，从而提高了聚四氟乙烯复合材料的耐磨性。一种耐磨自润滑复合材料，其特征在于材料的原料重量百分比为纳米多孔二氧化硅115%，悬浮PTFE树脂模塑粉8599%。本发明所用的纳米多孔二氧化硅粉的松装密度0.12g/cm平均粒径为1530nm，比表面积为6001000m2/g。本发明所用的悬浮PTFE树脂模塑粉的粒径为1050pm。本发明的耐磨自润滑复合材料的制备方法，依次包括如下歩骤A、将纳米多孔二氧化硅添加到悬浮PTFE树脂模塑粉中，置于模具中，在4080MPa下，保压l10min，冷压成型；B、把压制成型的样品放入高温烧结炉中，在300-35(TC保温11.5小时，然后升温至370385'C，保温时间2-3小时后，得到复合材料。本发明的优点和积极效果是按上述配方及制备方法制备的耐磨自润滑复合材料，利用了纳米多孔二氧化硅神奇的表面效应和界面效应，使其在PTFE基体中可以达到高度分散，界面结合良好，而且其多孔的特征和小尺寸效应消除了有机物和无机物由于热膨胀系数差异等导致的界面相容性问题。与传统普通微粒填充的聚四氟乙烯复合材料相比，这类复合材料明显的耐高温、超耐磨、韧性损失小，硬度及耐蠕变性改善显著的特点。本发明的材料可以广泛应用于润滑、密封等领域，被制作成各种衬套、密封环、导向环等零件，适用于超低温高温下的工作场合，比如超低温制冷机、液体燃料泵、高压水泵、制氧设备、高温干燥机、炉内传送带、医药、食品等的禁油自润滑耐磨部件、发动机液体或气体的动密封。纳米多孔二氧化硅与普通微粒填充的聚四氟乙烯复合材料性能比较<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注按照国标GB3960—83测试材料的摩擦磨损性能，室温下干摩擦，对偶为GCrl5钢环。具体实施例方式实施例1实施例5的配方<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>按实施例1实施例5的配方制备的复合材料，其制备方法依次包括如下步骤A、将纳米多孔二氧化硅添加到悬浮PTFE树脂模塑粉中，置于模具中，在4080MPa下，保压I10min，冷压成型；B、把压制成型的样品放入高温烧结炉中，在300-350。C保温l1.5小时，然后升温至370385'C，保温时间2-3小时后，得到复合材料。实施例1实施例5的产品性創<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注按照国标GB3960—83测试材料的摩擦磨损性能，室温下干摩擦，对偶为GCrl5钢环。权利要求1、一种耐磨自润滑复合材料，其特征在于材料的原料重量百分比为纳米多孔二氧化硅1～15％，悬浮PTFE树脂模塑粉85～99％。2、根据权利要求1所述的材料，其特征在于纳米多孔二氧化硅粉的松装密度〈0.12g/cm3，平均粒径为1530nm，比表面积为6001000m2/g。3、根据权利要求1所述的材料，其特征在于悬浮PTFE树脂模塑粉的粒径为1050拜。4、根据权利要求1所述的材料的制备方法，其特征在于该方法依次包括如下步骤A、将纳米多孔二氧化硅添加到悬浮PTFE树脂模塑粉中，置于模具中，在4080MPa下，保压l10min，冷压成型；B、把压制成型的样品放入高温烧结炉中，在300-350'C保温11.5小时，然后升温至370385'C，保温时间2-3小时后，得到材料。全文摘要本发明叙述了一种耐磨自润滑复合材料及其制备方法。该材料的原料重量百分比为纳米多孔二氧化硅1～15％，悬浮PTFE树脂模塑粉85～99％。本发明的材料可以广泛应用于润滑、密封等领域，被制作成各种衬套、密封环、导向环等零件，适用于超低温～高温下的工作场合，比如超低温制冷机、液体燃料泵、高压水泵、制氧设备、高温干燥机、炉内传送带、医药、食品等的禁油自润滑耐磨部件、发动机液体或气体的动密封。文档编号B29C43/52GK101386699SQ20071001880公开日2009年3月18日申请日期2007年9月14日优先权日2007年9月14日发明者宁莉萍,杨生荣,王齐华,简令奇申请人:中国科学院兰州化学物理研究所