一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法，包括以下步骤：(1)原料编织：PTFE长丝纤维与芳纶纤维混合编织；(2)PTFE/芳纶织物表面处理：PTFE/芳纶纤维织物用酒精清洗及干燥后，浸入到钠萘络合液中，取出浸入丙酮，然后再水洗，烘干；(3)成型：环氧树脂与酚醛树脂混合均匀，PTFE/芳纶纤维织物在此混合液中浸渍，取出后加压烘干成型。最终制备出减磨耐磨性能优异，粘接性能好的织物型自润滑复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法。
技术介绍
聚四氟乙烯(PTFE)是现有材料中摩擦系数最低的材料之一，并且具有自润滑性能，作为自润滑关节轴承润滑层材料而广泛应用于机械制造，航天航空等领域。但是聚四氟乙烯的力学性能较差，机械强度低，磨损率高，所以需要与其他材料进行复合，一般通过向聚四氟乙烯基体内填充纤维、无机粉末和有机高分子填料提高了复合材料耐磨性、硬度和刚度，使其具有良好的抗蠕变性和尺寸稳定性，但磨损量降低的同时，摩擦系数也有所升高。随着自润滑关节轴承的迅速发展，一种具有特殊润滑功能的材料的需求性越来越急迫，传统PTFE自润滑衬垫已经满足不了高温低速重载的工况要求。并且PTFE的表面能低，化学稳定性好，不溶解或溶胀于任何已知溶剂中，润湿性能差，几乎与所有的物质都不能粘结。聚四氟乙烯衬垫同样存在表面活性低，表面光滑，与黏合剂的浸润性不好的问题，所以要进行表面处理来提高粘结度，进而提高衬垫材料的耐磨性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法:以PTFE纤维为主要原料，采用编织固化的方法制备而成的织物型自润滑复合材料，由具有低摩擦系数的聚四氟乙烯纤维和粘接性能较好的功能纤维构成的，并用具有抗变形的性能的热塑型酚醛树脂作为基体把编织材料固化而成为一体。这种编织方式，使得多数减摩纤维(聚四氟乙烯纤维)处在工作面的同时黏结性较好的纤维(芳纶纤维)处于黏结面，这样这种润滑材料可同时具有很好的减摩性和保持性。这种织物无论自润滑性能还是耐磨损性能都很好，同时力学性能也十分优异，耐腐蚀，置室外15年无老化现象。在重载荷摩擦磨损过程中，PTFE纤维织物中的PTFE材料在轴承内、外圈之间形成聚四氟乙烯的转移膜，转移膜使内圈外球面之间的摩擦得到明显减轻，显著降低轴承内、外圈之间的摩擦系数。钠萘络合液表面处理法：钠与萘在四氢呋喃中溶解络合而形成钠-萘处理液对聚四氟乙烯表面进行改性。由于钠的最外层3s轨道只有一个电子，容易失去形成Na+稳定结构，在溶解过程中萘的电子空轨道接受钠失去的最外层电子，成为阴离子自由基，再与带正电荷的Na+结合形成离子对。聚四氟乙烯表面层分子失去氟离子与萘基阴离子生成一个中性基团，也可能形成C＝C双键。所以，聚四氟乙烯表层分子中的C-F键被处理液中的钠所破坏，使表面丢失氟离子并形成碳化层，进而改善其粘结性能。经此方法改性的PTFE表面存在着大量的羧基、羰基和羟基等活性基团，从而大大的改善了PTFE表面的粘接性能。本专利技术提供的技术方案为：(1)原料编织：PTFE长丝纤维与芳纶纤维混合编织，织法采用平纹，编制方法为手工编织。纬丝芳纶纤维选用进口杜邦凯夫拉纤维3000D，经纱聚四氟乙烯纤维选用山东森荣国产聚四氟乙烯长丝纤维200D。聚四氟乙烯纤维含量为30％-80％(质量百分比)。(2)钠萘络合液的配制：将每250ml的四氢呋喃加入装有搅拌装置的三口烧瓶中，加入32g萘，待萘完全溶于四氢呋喃后，将2-3g的钠小心逐步投入到此溶液中，搅拌3-4个小时，溶液慢慢变为深蓝色，最终络合液呈黑色。将制备得到得处理液至于暗处保存备用。PTFE/芳纶织物表面处理：PTFE/芳纶纤维织物用酒精清洗及干燥后，浸入到此络合液中分别30秒-5分钟，取出浸入丙酮，然后再水洗，在80～120℃条件下烘干30分钟。(3)成型：环氧树脂与酚醛树脂比例为60:40加热到60℃后混合均匀，PTFE/芳纶纤维织物在此混合胶液中浸渍，取出后在150～160℃下加压烘干成型4小时以上。性能检测：粘结：1.胶黏剂配制：将7.5g环氧树脂与6.0g酚醛树脂混合加热到60℃，加入2.5g邻苯二甲酸二丁酯，充分搅拌使其混合均匀。待冷至室温后加入1g乙二胺并搅拌均匀。2.金属基体表面(45钢块)处理：钢块试样得尺寸为25mm×125mm×13mm；用600#水砂纸打磨，乙醇清洗，放入恒温干燥箱中，在恒温185℃保温1.5h。3.粘结工艺：将45钢块试样预热到50～60℃，在其表面均匀涂一层胶黏剂，待气泡消失胶黏剂在金属表面上充分扩散渗透，将PTFE/芳纶纤维织物粘贴其上，加压1公斤/cm2，常温固化8小时以上。摩擦磨损实验：测试设备为MWW-1万能摩擦磨损试验机，试验参数为：试验压力50N，摩擦转速100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min；经试验试样的摩擦系数随时间变化趋势为：起始阶段时摩擦系数逐渐增大，增大到一定值时摩擦系数开始降低并最终保持稳定，最终稳定摩擦系数可低至0.14。本专利技术采用一定比例的聚四氟乙烯与芳纶纤维进行编织，钠萘络合液进行表面处理，特定胶液浸渍热压成型，最终制备出减磨耐磨性能优异，粘接性能好的织物型自润滑复合材料。附图说明图1样品30％-cl0在不同转速下的摩擦系数；图2样品80％-cl0在不同转速下的摩擦系数；图3样品30％-cl0和80％-cl0摩擦系数稳定平均值对比；图4样品30％-cl1在不同转速下的摩擦系数；图5样品80％-cl1在不同转速下的摩擦系数；图6样品30％-cl0、80％-cl0、30％-cl1和80％-cl1摩擦系数稳定平均值对比；图7样品30％-cl2在不同转速下的摩擦系数；图8样品80％-cl2在不同转速下的摩擦系数；图9自编织织物在不同转速下摩擦系数稳定平均值对比；图10织物在不同转速下的质量磨损量。具体实施方式实施例1(1)原料编织：PTFE长丝纤维与芳纶纤维混合编织，织法采用平纹，编制方法为手工编织。纬丝芳纶纤维选用进口杜邦凯夫拉纤维3000D，经纱聚四氟乙烯纤维选用山东森荣国产聚四氟乙烯长丝纤维200D。聚四氟乙烯纤维含量为30％(质量百分比)。(2)成型：环氧树脂与酚醛树脂比例为60:40加热到60℃后混合均匀，PTFE/芳纶纤维织物在此混合胶液中浸渍，取出后在150℃下加压烘干成型4小时。得到样品编号为30％-cl0。实施例2与实施例1的区别在于：聚四氟乙烯纤维含量为80％(质量百分比)。得到样品编号为80％-cl0。实施例3(1)原料编织：PTFE长丝纤维与芳纶纤维混合编织，织法采用平纹，编制方法为手工编织。纬丝芳纶纤维选用进口杜邦凯夫拉纤维3000D，经纱聚四氟乙烯纤维选用山东森荣国产聚四氟乙烯长丝纤维200D。聚四氟乙烯纤维含量为30％(质量百分比)。(2)钠萘络合液的配制：将每250ml的四氢呋喃加入装有搅拌装置的三口烧瓶中，加入32g萘，待萘完全溶于四氢呋喃后，将2g的钠小心逐步投入到此溶液中，搅拌3个小时，溶液慢慢变为深蓝色，最终络合液呈黑色。将制备得到得处理液至于暗处保存备用。PTFE/芳纶织物表面处理：PTFE/芳纶纤维织物用酒精清洗及干燥后，浸入到此络合液中5min，取出浸入丙酮，然后再水洗，在80℃条件下烘干30分钟。(3)成型：环氧树脂与酚醛树脂比例为60:40加热到60℃后混合均匀，PTFE/芳纶纤维织物在此混合胶液中浸渍，取出后在150℃下加压烘干成型4小时以上。得到样品编号为30％-cl1。实施例4与实施例3的区别在于：聚四氟乙烯纤维含量为80％(质量百分比)。得到样品编号为80％-cl1。实施例5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)原料编织：PTFE长丝纤维与芳纶纤维混合编织；(2)PTFE/芳纶织物表面处理：PTFE/芳纶纤维织物用酒精清洗及干燥后，浸入到钠萘络合液中，取出浸入丙酮，然后再水洗，烘干；(3)成型：环氧树脂与酚醛树脂混合均匀，PTFE/芳纶纤维织物在此混合液中浸渍，取出后加压烘干成型。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)原料编织：PTFE长丝纤维与芳纶纤维混合编织；(2)PTFE/芳纶织物表面处理：PTFE/芳纶纤维织物用酒精清洗及干燥后，浸入到钠萘络合液中，取出浸入丙酮，然后再水洗，烘干；(3)成型：环氧树脂与酚醛树脂混合均匀，PTFE/芳纶纤维织物在此混合液中浸渍，取出后加压烘干成型。2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法，其特征在于：步骤(1)中，织法采用平纹，编制方法为手工编织。3.根据权利要求2所述的聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法，其特征在于：步骤(1)中，纬丝芳纶纤维选用进口杜邦凯夫拉纤维3000D，经纱聚四氟乙烯纤维选用山东森荣国产聚四氟乙烯长丝纤维200D；聚四氟乙烯纤维质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘盈驿，张东兴，陈宇娇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23