一種埃洛石/超細無機粉末/聚四氟乙烯微納復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種聚四氣己締微納復合材料的制備技術領域。
【背景技術】
[0002] 聚四氣己締（PTFE)不僅具有優異的物理化學性質，還是一種具有極低摩擦系數和 自潤滑的材料，使其在化學、電子、生物工程、食品行業及其他一些相關領域應用廣泛。然 而，PTFE同時具有耐摩擦性較差，線膨脹系數較大等限制了其在許多高要求場合下的應用。 因此，目前國內外許多研究集中在PTFE力學、耐磨及抗蠕變性能改善研究。其中，聚四氣己 締的填充改性是一種廣泛應用的改性方法，通過填料的填充改變PTFE的結晶行為、通過調 節填料與基體之間界面粘接性能，獲得高性能的聚四氣己締復合材料。
[0003] 目前常用的聚四氣己締的填料主要為碳酸巧，滑石粉，稀±，二硫化鋼，石墨，玻璃 纖維，碳纖維，銅粉，鉛粉等。碳纖（C巧填充PTFE在一定條件下，與純PTFE相比，CF能降 低摩擦系數，并大幅度減小磨損量，但發現形成的轉移膜不太連續而CF填充PTFE復合材 料大大提高了復合材料的承載能力，提高了復合材料的耐磨性，但增大了復合材料的摩擦 系數。但有文獻表明，隨著CF的增加，拉伸強度、斷裂伸長率會下降。碳納米管（CNT)填充 PTFE極大提高了復合材料的耐磨性，同時降低了其摩擦系數，但是CNT價格昂貴。二硫化 鋼的填充會提高PTFE的耐磨性，但抗蠕變性能不能得到有效提升。玻璃纖維的填充會大幅 度提高PTFE的耐磨性能與抗蠕變性能，但斷裂伸長率及拉伸強度會大幅度下降。銅粉，鉛 粉的加入會造成重金屬污染等。因此，尋找一種既能保持PTFE優異的力學性質，又能賦予 PTFE優異的耐磨性能及抗蠕變性能的填充改性方法具有非常迫切的需求。超細滑石粉具有 獨特的片層狀微觀結構，比表面積大，良好的分散性及潤滑性，對高分子材料的填充改性可 望在力學、摩擦學W及蠕變等性能起到提升作用。前人將滑石粉添加到塑料中，發現它可改 善塑料的化學和尺寸穩定性，耐熱性，硬度和堅實性，抗沖擊強度，導熱系數，電絕緣性，抗 拉強度，抗蠕變能力等性能。
[0004] 埃洛石（HNTs)不僅具有天然的納米中空管狀結構，還具有一定的長徑比，與碳納 米管具有相似的形態結構。但其結構比碳納米管更穩定，具有更好的生物相容性。且HNTs 是天然形成的，價格便宜。當加入HNTs之后，在材料表面形成潤滑膜從而減小了材料所受 的摩擦力，因此可W顯著提高復合材料的耐磨性，降低摩擦系數。HNTs的填充，可W有效提 高聚合物的力學性能與耐磨性。
【發明內容】
[0005] 本發明針對上述缺陷提供一種埃洛石/超細無機粉末/聚四氣己締微納復合材料 的制備方法。
[0006] 本發明包括W下步驟： (1)通過機械高速共混制備聚四氣己締與無機粉末的均勻混合料； (2) 將所制得的混合粉料在30~50Ml^a壓力下冷壓成型，并保壓2~5分鐘，脫膜， 取得片狀樣品； (3) 將所得樣品置于馬弗爐中，W150~200°C/小時的升溫速率升溫至370~380°C， 保溫2小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到埃洛石/超細無機粉末/聚四氣己締微納復合材 料。
[0007] 本發明通過無機微納粒子的填充改善PTFE的結晶行為，通過調控無機微納粒子 與PTFE的界面粘結力而實現保持PTFE優異的力學性能的同時，賦予PTFE優異的耐磨性能W及抗蠕變性能，通過冷壓燒結法制備埃洛石/超細無機粉末/聚四氣己締微納復合材料。 [000引本發明的關鍵技術及有益效果： 1、 超細無機粉體與埃洛石對PTFE起到異相成核的作用，增加了PTFE的結晶度，使體系 的力學性能得到顯著改善； 2、 超細無機粉體與埃洛石的微納米效應對PTFE起到增強與增初作用； 3、 利用超細無機粉體良好的潤滑作用，W及可W吸收摩擦時產生的能量，從而達到較 好的減摩作用； 4、 超細無機粉體作為PTFE異相結晶成核點起到類似于物理交聯的作用，有效提高 PTFE的抗蠕變性能。
[0009] 5、采用該方法制得的復合材料力學性能、耐摩擦性能和抗蠕變性能優異。
[0010] 進一步地，本發明所述步驟1)中，聚四氣己締占混合粉料總質量的65~99%，埃洛 石占混合粉料總質量的0. 1~10%，超細無機粉末占混合粉料總質量的0. 1~30%。該混合 比條件下制成的復合材料既具有優異的力學性能，又具有優異耐磨性能及抗蠕變性能。
[0011] 所述聚四氣己締粒徑為20~100ym。所述埃洛石為過200目篩的埃洛石。200 目HNTs的加入可W降低成本，并在體系中起到異相成核和物理交聯的作用，提高復合材料 的綜合性能。
[0012] 所述超細無機粉末的粒徑為1~40ym。1~40ym超細無機粉末的加入可W降 低成本，并在體系中起到異相成核和物理交聯的作用，提高體系的性能。
[0013] 所述超細無機粉末為碳酸巧，滑石粉，二硫化鋼，石墨，玻璃纖維，碳纖維的至少一 種。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合具體實施例進一步闡述本發明。
[0015]W下結合實施例，對本發明的技術方案作進一步說明，但該些實施例的目的并不 在于限制本發明的保護范圍。在該些實施例中，除另有說明外，所有百分含量均W重量計。
[0016] 實施例1; 將粒徑25ym的聚四氣己締和玻纖W質量比為70 ;30的比例混合，通過機械共混制備 玻纖/聚四氣己締的均勻混合料。
[0017] 將所制得的粉料在35MI^a壓力下冷壓成型，并保壓2分鐘。將所得片狀樣品脫模 取出，置于馬弗爐中，W200°C/小時的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小時，再將燒結 產物隨爐冷卻至室溫，得到玻纖改性聚四氣己締復合材料。
[0018] 該玻纖改性聚四氣己締復合材料按GB/T1040-92檢測，其斷裂伸長率=268.68%， 拉伸強度=15. 75MPaDGB/T3960-1983檢測，其磨損量=0. 2mg，摩擦系數=0. 18。在40~100°C時，線膨脹系數比純PTFE降低近2個數量級。
[0019] 實施例2 ; 將粒徑25ym的聚四氣己締和粒徑4ym的滑石粉W95 ;5的質量比混合，通過機械共 混制備滑石粉/聚四氣己締的均勻混合料。
[0020] 將所制得的粉料在35MI^a壓力下冷壓成型，并保壓2分鐘。將所得片狀樣品脫模 取出，置于馬弗爐中，W200°C/小時的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小時，再將燒結 產物隨爐冷卻至室溫，得到滑石粉改性聚四氣己締復合材料。
[0021] 該滑石粉填充聚四氣己締復合材料按GB/T1040-92檢巧U，其斷裂伸長率 =632. 53%，拉伸強度=28. 05MPa。GB/T396