一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料制造技术

技术编号:15421922 阅读:184 留言:0更新日期:2017-05-25 13:40
本发明专利技术公开了一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其原料按重量份包括:聚四氟乙烯微粉60‑90份、聚丙烯腈5‑20份、环氧树脂2‑15份、聚醚醚酮2‑10份、聚甲醛3‑10份、芳纶纤维5‑15份、六钛酸钾晶须3‑15份、玻璃纤维10‑40份、二硫化钼2‑10份、三氧化铝2‑10份、碳酸钙2‑10份、碳化硅3‑15份、纳米二氧化钛2‑9份、硅灰石1‑5份、四氧化三铁2‑5份、十六烷基三甲基溴化铵1‑3份、聚乙二醇1‑3份。本发明专利技术提出的高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其强度高,韧性好,耐磨性能优异,热膨胀系数小。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料
本专利技术涉及聚四氟乙烯
,尤其涉及一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料。
技术介绍
聚四氟乙烯是一种耐高低温、耐强酸碱腐蚀及耐气候的材料,其性能相比橡胶更优秀,使用范围更广。目前已广泛应用于油封领域。但是聚四氟乙烯存在机械强度低、耐磨性和刚性差的缺陷,在使用的过程存在强度和韧性不能兼顾且耐磨性低的缺陷,限制了其应用。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题,本专利技术提出了一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其强度高,韧性好,耐磨性能优异,热膨胀系数小。本专利技术提出的一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其原料按重量份包括:聚四氟乙烯微粉60-90份、聚丙烯腈5-20份、环氧树脂2-15份、聚醚醚酮2-10份、聚甲醛3-10份、芳纶纤维5-15份、六钛酸钾晶须3-15份、玻璃纤维10-40份、二硫化钼2-10份、三氧化铝2-10份、碳酸钙2-10份、碳化硅3-15份、纳米二氧化钛2-9份、硅灰石1-5份、四氧化三铁2-5份、十六烷基三甲基溴化铵1-3份、聚乙二醇1-3份。优选地,其原料中,聚四氟乙烯微粉、聚丙烯腈、环氧树脂、聚醚醚酮、聚甲醛的重量比为65-80:10-17:5-12:5-10:5-8。优选地,其原料按重量份包括:聚四氟乙烯微粉75份、聚丙烯腈15份、环氧树脂10份、聚醚醚酮8份、聚甲醛7份、芳纶纤维12份、六钛酸钾晶须11份、玻璃纤维35份、二硫化钼7份、三氧化铝7份、碳酸钙8份、碳化硅11份、纳米二氧化钛7份、硅灰石3.2份、四氧化三铁4份、十六烷基三甲基溴化铵2份、聚乙二醇2份。优选地,其原料中按重量份还包括0.5-5份的色素。优选地,所述聚四氟乙烯微粉为改性聚四氟乙烯微粉;所述改性聚四氟乙烯微粉按照以下工艺进行制备:将碳纳米管酸化得到酸化碳纳米管;将丙烯酰氯加入二氧六环中,然后加入偶氮二异丁腈的二氧六环溶液,通入氮气,在65-75℃下搅拌反应30-45h,然后加入酸化碳纳米管,调节温度为65-75℃后在氮气的保护下搅拌反应30-45h,反应结束后经超声、抽滤、洗涤、干燥得到改性碳纳米管;将聚四氟乙烯微粉进行氩等离子体处理,然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和改性碳纳米管的二甲基甲酰胺溶液中,在85-95℃下反应25-30h,反应结束后经清洗得到所述改性聚四氟乙烯微粉。优选地,在改性聚四氟乙烯微粉的制备过程中,将碳纳米管酸化的具体过程为:按重量份将0.5-1份碳纳米管加入反应容器中,然后加入15-20份纯度为98wt%的硫酸和15-20份纯度为68wt%的硝酸,超声搅拌20-30h,然后在135-145℃下回流反应0.3-1h,反应结束后经超声、过滤、洗涤、干燥得到所述酸化碳纳米管。优选地,在改性聚四氟乙烯微粉的制备过程中,丙烯酰氯与酸化碳纳米管的重量比为10-20:2-3。优选地,在改性聚四氟乙烯微粉的制备过程中,在进行氩等离子体处理时,放电气体压强为20-45Pa,放电功率为50-70W,放电时间为3-8min。优选地,在改性聚四氟乙烯微粉的制备过程中,聚四氟乙烯微粉、甲基丙烯酸缩水甘油酯、改性碳纳米管的重量比为5-10:1-2:1-3。优选地,所述聚四氟乙烯微粉为改性聚四氟乙烯微粉;所述改性聚四氟乙烯微粉按照以下工艺进行制备:按重量份将0.6份碳纳米管加入反应容器中,然后加入18份纯度为98wt%的硫酸和18份纯度为68wt%的硝酸,超声搅拌25h,然后在140℃下回流反应0.6h,反应结束后经超声、过滤、洗涤、干燥得到所述酸化碳纳米管;按重量份将1.5份丙烯酰氯加入25份二氧六环中,然后加入15份重量分数为1.5wt%的偶氮二异丁腈的二氧六环溶液,通入氮气,在70℃下搅拌反应40h,然后加入酸化碳纳米管,其中,丙烯酰氯与酸化碳纳米管的重量比为17:2.6,调节温度为70℃后在氮气的保护下搅拌反应40h,反应结束后经超声、抽滤、洗涤、干燥得到改性碳纳米管;将聚四氟乙烯微粉进行氩等离子体处理,在进行氩等离子体处理时,放电气体压强为25Pa,放电功率为60W,放电时间为5min,然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和改性碳纳米管的二甲基甲酰胺溶液中,其中,聚四氟乙烯微粉、甲基丙烯酸缩水甘油酯、改性碳纳米管的重量比为7:1.3:2,然后在80℃下反应28h,反应结束后经清洗得到所述改性聚四氟乙烯微粉。优选地,所述六钛酸钾晶须的直径为1-1.5μm,长径比为10-18。优选地,所述芳纶纤维长度为3-4mm、单丝直径8-10μm;所述玻璃纤维为150-250目的玻璃纤维粉末。本专利技术所述高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其以聚四氟乙烯微粉为主料,同时加入了聚丙烯腈、环氧树脂、聚醚醚酮和聚甲醛进行配合,在材料制备的过程中,聚丙烯腈会发生预氧化反应,经环化形成梯型结构,这些梯状结构形成骨架,与环氧树脂、聚醚醚酮和聚甲醛配合后,大大提高材料的耐磨性;优选方式中,在改性聚四氟乙烯微粉的制备过程中,首先将碳纳米管酸化得到酸化碳纳米管,之后将酸化碳纳米管与丙烯酰氯反应,通过控制反应的条件,使丙烯酰氯与酸化碳纳米管表面的羟基发生了反应,从而将双键引入到了酸化碳纳米管的表面;将聚四氟乙烯微粉经氩等离子体处理,在处理的过程中,等离子体中的高能粒子轰击聚四氟乙烯微粉表面时产生能量传递,其能量超过C-F的键能时,C-F键打开,在聚四氟乙烯微粉表面产生了大量的自由基,与空气中的氧发生了反应,在聚四氟乙烯微粉的表面引入了过氧化物或羟基过氧化物,从而在聚四氟乙烯微粉的表面引入了极性基团,与甲基丙烯酸缩水甘油酯和改性碳纳米管混合后,其能产生含氧自由基,与甲基丙烯酸缩水甘油酯以及改性碳纳米管表面的含烯双键发生了接枝聚合,从而将环氧基团和碳纳米管引入到了聚四氟乙烯微粉的表面,得到了改性聚四氟乙烯微粉,一方面,减少了碳纳米管的团聚,提高了其在体系中的分散性,降低了体系的结晶度,显著改善了材料的抗拉强度、断裂伸长率、回弹性和抗蠕变性;另一方面,因引入了环氧基团,与十六烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇配合后提高了其与体系中各原料的相容性,从而使各填料均匀分布在了体系中,发挥了协同作用,其中,六钛酸钾晶须加入体系中,其与芳纶纤维、玻璃纤维、硅灰石具有协同作用,通过控制其在体系中的含量,起到了增强增韧并举的效果,在不牺牲聚四氟乙烯复合材料化学稳定性的同时显著提高了材料的冲击强度、断裂伸长率、拉伸强度和热变形温度,并显著降低了材料的磨损量;三氧化铝加入体系中,与二硫化钼、碳酸钙、碳化硅、纳米二氧化钛、四氧化三铁配合后具有协同作用,显著降低了材料的孔隙度,通过控制三氧化铝与二硫化钼、碳酸钙、碳化硅、纳米二氧化钛、四氧化三铁的比例,使材料的孔隙度达到最小,使材料的综合力学性能得到了提高,耐磨耗性能得到了改性,同时降低了材料的热膨胀系数,使获得的材料具有优异的稳定性和可靠性,能适应于油封等领域的使用。对本专利技术所述高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料进行性能检测,其拉伸强度为28.2-31.3MPa,断裂伸长率为310-326.5%,邵D硬度为58-60,磨耗量小于0.001g,摩擦系数为0.18-0.2。具体实施方式下面,通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1本专利技术提出的一种高强度高韧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,其原料按重量份包括:聚四氟乙烯微粉60‑90份、聚丙烯腈5‑20份、环氧树脂2‑15份、聚醚醚酮2‑10份、聚甲醛3‑10份、芳纶纤维5‑15份、六钛酸钾晶须3‑15份、玻璃纤维10‑40份、二硫化钼2‑10份、三氧化铝2‑10份、碳酸钙2‑10份、碳化硅3‑15份、纳米二氧化钛2‑9份、硅灰石1‑5份、四氧化三铁2‑5份、十六烷基三甲基溴化铵1‑3份、聚乙二醇1‑3份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,其原料按重量份包括:聚四氟乙烯微粉60-90份、聚丙烯腈5-20份、环氧树脂2-15份、聚醚醚酮2-10份、聚甲醛3-10份、芳纶纤维5-15份、六钛酸钾晶须3-15份、玻璃纤维10-40份、二硫化钼2-10份、三氧化铝2-10份、碳酸钙2-10份、碳化硅3-15份、纳米二氧化钛2-9份、硅灰石1-5份、四氧化三铁2-5份、十六烷基三甲基溴化铵1-3份、聚乙二醇1-3份。2.根据权利要求1所述高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,其原料中,聚四氟乙烯微粉、聚丙烯腈、环氧树脂、聚醚醚酮、聚甲醛的重量比为65-80:10-17:5-12:5-10:5-8。3.根据权利要求1或2所述高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,其原料按重量份包括:聚四氟乙烯微粉75份、聚丙烯腈15份、环氧树脂10份、聚醚醚酮8份、聚甲醛7份、芳纶纤维12份、六钛酸钾晶须11份、玻璃纤维35份、二硫化钼7份、三氧化铝7份、碳酸钙8份、碳化硅11份、纳米二氧化钛7份、硅灰石3.2份、四氧化三铁4份、十六烷基三甲基溴化铵2份、聚乙二醇2份。4.根据权利要求1-3中任一项所述高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,其原料中按重量份还包括0.5-5份的色素。5.根据权利要求1-4中任一项所述高强度高韧性耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征在于,所述聚四氟乙烯微粉为改性聚四氟乙烯微粉;所述改性聚四氟乙烯微粉按照以下工艺进行制备:将碳纳米管酸化得到酸化碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员:马小鹏朱代贵赵青志
申请(专利权)人:嘉科安徽密封技术有限公司
类型:发明
国别省市:安徽,34

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