本发明专利技术属于高分子材料改性技术，具体涉及聚四氟乙烯改性材料及制备方法。该材料是由聚四氟乙烯粉末压制成型、高温烧结并冷却后，经电子束或γ射线电离辐射而成，其中，聚四氟乙烯粉末的粒度为３０μｍ－２００μｍ；进行电离辐射时的辐射剂量为５０－４００ＫＧｙ。在其组分中可增加金属或金属氧化物粉末，或者非金属氧化物、碳化物，或者其他纤维类的填充物。所述材料在辐照过程中，提高了结晶度，细化了晶粒，从而大大提高其耐磨性。而且还提高了耐热性和高温力学性能。因此它能在比原聚四氟乙烯更高的温度下使用。可作为防腐材料、密封材料和耐磨材料，适合要求耐磨性好、摩擦系数小、耐高温、耐化学药品的密封圈、轴承衬套、阀门、管道、泵等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料改性技术，具体涉及聚四氟乙烯改性材料及制备方法。
技术介绍
聚四氟乙烯因其优异的化学稳定性、耐高温和低的摩擦系数而在众多领域得到广泛的应用，然而其耐磨性差以及成本高制约了其使用范围。我国《高分子材料科学与工程》(1999年第15卷第1期，第68页到72页)曾介绍过用金属填充改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能。增加金属填充物能提高聚四氟乙烯磨损性能1-2个数量级，但是由于与聚四氟乙烯缺乏相容性，容易产生相分离，而且这些金属粒子会使对磨面产生磨损，使材料的摩擦系数增加。中国《材料科学与工程学报》(2003年第21卷第6期，第851页到854页)也曾介绍过分别用聚苯酯、聚酰亚胺填充改性聚四氟乙烯摩擦磨损性能，取得了不错的成效，但是上述填料的加入使聚四氟乙烯复合材料的制备成本成倍的增加，这就限制了它的使用范围。在高分子领域中，利用电离辐照技术来激发、诱导其分子结构的变化、从而改变其物理化学性能已是较为成熟的技术。在通常情形下，聚合物经高能辐射诱导，从结构上会有两种结果一是交联，这种情况将有利于改进其物理化学性能；二是裂解，这种情况会使其原有的物理化学性能变得更差。聚四氟乙烯一直被认为是典型的辐射降解型高聚物，例如，2003年，科学出版社出版的《聚合物辐射加工》(日，幕内惠三著，徐俊等译，P158-160))书中清楚地说明聚四氟乙烯是对辐射极为敏感的聚合物，极低的剂量就会引起致命的损伤。持相同观点的还有中国工业出版社的《电离辐射惨高聚物的作用》(杨昌正等译，P71-73)。1980年，《聚四氟乙烯的辐射效应，辐射研究与辐射工艺学报》(1999，1)报道了孙家珍等人的研究成果，他们在无氧及很窄的温度区间(335±5℃))的特定条件下实现了经γ射线辐照实现辐射交联，即在上述特定条件下成功辐射交联聚四氟乙烯，并获国家专利技术奖；2002年日本Akira等人也在上述特定条件下，研究辐射交联聚四氟乙烯，并对交联聚四氟乙烯的机械性能进行了测试，发现与不锈钢对磨时，交联聚四氟乙烯的耐磨性比纯聚四氟乙稀提高近10000倍(Akira Setogawa.et.al，Development of crossed-linked PTFE and applied products，HITACHI CABLE REVIEW No.21，200283-84)。至今未发现在常温常态下应用电子束等高能粒子对聚四氟乙烯进行辐射，使其耐摩磨损性能改善的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种在常温常态下对聚四氟乙烯材料进行电离辐射，从而得到高耐磨性的聚四氟乙烯改性材料。本专利技术的目的通过以下方式实现。本专利技术的高耐磨性聚四氟乙烯改性材料，其特征在于，它是由聚四氟乙烯粉末压制成型、高温烧结并冷却后，经电子束或γ射线电离辐射而成，其中，聚四氟乙烯粉末的粒度为30μm-200μm；进行电离辐射时的辐射剂量为50-400KGy。在其组分中也可以增加金属或金属氧化物粉末，其粒度为10μm-50μm，含量为0％-5％(重量百分含量)例如铜、铜合金、铁粉末、Al2O3、TiO2、ZnO粉末等；也可以增加非金属氧化物、碳化物，其粒度为10μm-50μm，含量为0％-5％(重量百分含量)，例如SiO2、石墨、SiC粉末等；还可以增加其他纤维类的填充物，其直径为8μm-15μm，含量为0％-15％(重量百分含量)，例如玻璃纤维、碳纤维等。其具体生产工艺如下(1)将聚四氟乙烯粉末及各组份按计算量混合，并搅拌均匀；(2)将混合料在40MPa压强下冷压成型或在低于250℃条件下热压成型，并在40MPa压强下保持5-10分钟；(3)将压制成型的样品置入无氧高温烧结炉中，以30℃-120°C/小时的升温速率加热至375℃±5℃，保温1-3小时；或者在加热过程中，当加热到250℃-320℃范围内时，保温1-3次，每次保温20-30分钟；(4)自然冷却到室温；或者自然冷却至315±5℃时，保温20-30分钟，然后再自然冷却到室温；(5)将烧结好的聚四氟乙烯置于电子束辐射场或γ射线辐照场中，进行电离辐射，辐射剂量50-400KGy。本专利技术的高耐磨性聚四氟乙烯改性材料的制备方法，其特征在于，其制备过程为(1)首先按以下计算量(均为重量百分含量)的各组份混合并搅拌均匀聚四氟乙烯粉末(粒度30μm-200μm)， 85％-100％，非金属氧化物、碳化物(粒度10μm-50μm)，0％-5％，金属或金属氧化物粉末(粒度10μm-50μm)，0％-5％，其他纤维类的填充物(直径8μm-15μm) 0％-15％ (2)将上述混合料在40MPa压强下冷压成型，或在低于250℃条件下热压成型并在40MPa压强下保持5-10分钟；(3)将压制成型的样品置入高温烧结炉中，以30℃-120℃/小时的升温速率加热至375℃±5℃，保温1-3小时；或者在其加热过程中，当加热到250℃-320℃范围内时，保温1-3次，每次保温20-30分钟；(4)自然冷却到室温，或者自然冷却至315±5℃时，保温20-30分钟，然后再自然冷却到室温，得半成品；(5)将烧结好的半成品置于电子束辐射场或γ射线辐照场中，进行电离辐射，辐射剂量50-400KGy，得成品。在实际使用中，可根据实际产品需要选择添加金属及金属氧化物，例如铜、铜合金、铁粉末、Al2O3、TiO2、ZnO粉末等；选择添加非金属氧化物、碳化物和其他纤维类的填充物等粒子，例如SiO2、石墨、SiC粉末、玻璃纤维、碳纤维等以增强其相应的性能，满足实际使用要求。本专利技术的高耐磨性聚四氟乙烯改性材料，在辐照过程中，提高了结晶度，细化了晶粒，增强了材料的弹性模量，增加了摩擦转移膜在对磨面表面的附着力，减少了新的摩擦转移膜的生成，从而大大提高其耐磨性。实测表明，本专利技术的改性材料相比未辐照改性的，其耐磨性提高超过100倍，而且还提高了耐热性和高温力学性能，因此采用本专利技术的改性材料制成的产品可以在比原聚四氟乙烯更高的温度下使用。本专利技术材料可作为防腐材料、密封材料和耐磨材料，适合要求耐磨性好、摩擦系数小、耐高温、耐化学药品的密封圈、轴承衬套、阀门、管道、泵等。具体实施例方式下面通过实施例作进一步描述。实施例1(1)将10％(重量百分含量)碳纤维(直径10μm)与90％聚四氟乙烯粉末(粒度50μm)放入高速搅拌器里面搅拌10分钟使其混合均匀。(2)将所得混合物在40MPa压强、室温下压制成型，(3)将该压制成型件放入烧结炉中，在隔氧环境下以100℃/小时的升温速率加热至150℃，再以50℃/小时的升温速率加热至270℃，保温30分钟，再以40°C/小时的升温速率加热至315℃，保温30分钟，再以30℃/小时的升温速率加热至375℃±5℃，保温2小时。(4)降温过程中先自然冷却降温至315℃，保温30分钟，再自然冷却至室温。(5)将上述产物置于电子束辐射场中，以1.185KGy/秒的剂量率，辐射总剂量200KGy，得成品。本实施例适用于厚度小于1厘米的各种形状的材料。实施例2将3％(重量百分含量)铜粉(粒度约60μm)、5％石墨(200目)与92％聚四氟乙烯粉末(粒度80μm)放入高速搅拌器里面搅拌10分钟使其混合均匀。再将混合物在4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高耐磨性聚四氟乙烯改性材料，其特征在于，它是由聚四氟乙烯粉末压制成型、高温烧结并冷却后，经电子束或γ射线电离辐射而成，其中，聚四氟乙烯粉末的粒度为３０μｍ－２００μｍ；进行电离辐射时的辐射剂量为５０－４００ＫＧｙ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文浩，张立祥，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。