CN101831124A - 一种聚四氟乙烯合金及其制备方法 - Google Patents

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王建虎
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Abstract

本发明涉及一种高分子合金，其成分主要包含有60-97wt％的聚四氟乙烯，3-40wt％的主链聚酯型液晶高分子，其余量为辅助材料，辅助材料包括有碳纤维和玻璃纤维其中的一种或两种，碳纤维的含量为0-15wt％，玻璃纤维的含量为0-15wt％，辅助材料包括有0-5wt％的石墨。本发明耐磨聚四氟乙烯合金具有耐磨性高，硬度高，蠕变性低，摩擦系数和摩耗系数低等优点。

Description

一种聚四氟乙烯合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子合金及其制备方法，尤其是一种耐磨的聚四氟乙烯合金及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯(简称PTFE)是一种自润滑、耐腐蚀、介电性能和耐热性十分优异的热固性工程塑料，号称“塑料王”。PTFE的摩擦系数是高分子材料中最低的；在“王水”中浸泡其性能不变，耐腐蚀性为塑料之冠，故其的应用范围十分广泛，常用作高档密封材料。但是，由于PTFE还存在蠕变性大、硬度低、摩耗严重、热膨胀系数大、导热差、制品尺寸变化大等缺点，因而限制了它在生产、生活、科研等领域的应用。为了改进上述不足，过去常用的工艺手法是加入二硫化钼、铜粉、玻璃纤维等填料加以改性，。然而，加入这些成分后往往会使摩擦系数增加，对被摩擦材料损伤较大，因而这类改进材料也不够理想，不能满足生物、航天、能源和激光等高技术领域的使用要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种降低蠕变型、提高硬度、减少制品尺寸变化、以及保持聚四氟乙烯低摩擦系数并提高其耐磨性的聚四氟乙烯合金。本发明的另一目的在于提供一种聚四氟乙烯合金的制备方法。
为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：本发明包括有60-97wt％的聚四氟乙烯，3-40wt％的主链聚酯型液晶高分子，其余量为辅助材料。
本发明的获得是通过混合、模压、烧结和冷却等流程制得，而所述物料在工艺流程中是将自身的物理性能结合到本产品中，故最终提高了本产品的物理性能，本发明聚四氟乙烯合金具有耐磨性高，硬度高，蠕变性低，摩擦系数和摩耗系数低等优点。
本发明采用的主链聚酯型液晶高分子作为PTFE的高分子改性剂，该主链聚酯型液晶高分子是一种高强高模的特种工程塑料，其力学性能上拉伸强度可达130-260Mpa，强度、弯曲模量和缺口冲击强度均较聚对苯二甲酸乙二醇酯优异；耐磨性能杰出，动摩擦系数为0.15-0.25，摩耗系数是纯PTFE的1/6000；线膨胀系数比一般的工程塑料低一个数量级，与金属和陶瓷相当，接近石英；熔体粘度低，成型加工流动性好。主链聚酯型液晶高分子将其上述优良性能和PTFE结合后，所得到的本发明聚四氟乙烯合金具有更高的耐磨性能，比纯PTFE制品耐磨性高100多倍，可广泛用于汽车、飞机和舰艇等发动机及大型液压机的密封件上，取代进口，实现国产化。本发明所生产的聚四氟乙烯合金的抗蠕变性、硬度和刚度均得到了显著的提高，从而可以应用于制造桥梁滑块、机床导轨、无油润滑轴承、耐酸碱轴承、耐溶剂轴承、耐腐蚀泵体、叶轮、耐热辊、止推垫圈、煤气压缩机活塞环和煤气考克栓塞等的生产制品中。线膨胀系数也得到了大幅度的减小，从而可满足电子工业需要的小型、形状复杂的立体电路板和尺寸精密的各种插件以及汽车、航空、宇航、核技术等高技术领域的精密制件。
本发明耐磨聚四氟乙烯合金的进一步技术方案为：辅助材料包括有碳纤维和玻璃纤维其中的一种或两种，碳纤维的含量为0-15wt％，玻璃纤维的含量为0-15wt％。
本发明耐磨聚四氟乙烯合金，辅助材料包含有0-5wt％的石墨。
本发明提供的一种聚四氟乙烯合金的制备方法，包含有以下步骤：
(1)按配比称取物料，主链聚酯型液晶高分子粒度为60-200目；
(2)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(3)模压：将经过步骤(2)混合后的物料进行模压；
(4)烧结：将经过步骤(3)模压后的物料在340-400℃下进行烧结；
(5)冷却：将经过步骤(4)烧结后的物料冷却至室温。
通过本发明制备工艺，使得聚四氟乙烯合金的耐磨性等性能优势得到了显著的提高。石墨作为填充剂加入到物料中，从而提高本发明产品耐磨聚四氟乙烯合金的自润滑性；玻璃纤维和碳纤维作为填料加入到物料中，从而增加本发明产品耐磨聚四氟乙烯合金的硬度和刚度，使其能满足桥梁滑块、机床导轨等产品生产上的需要。
本发明通过步骤(1)混合使物料得到被混合均匀，为本发明耐磨聚四氟乙烯合金整体性能的稳定发挥提供保障。经模压步骤则将经步骤(2)后的物料内的空气排出，为后续步骤(4)烧结提供了密实的混合物料，防止制件在烧结时产生气孔，同时也可在该步骤通过特定的模具压制出特定的形状，使得经步骤(5)冷却后生产的耐磨聚四氟乙烯合金即拥有所需部件形状，从而可直接投入使用，省略了机械加工的过程。步骤(4)烧结实现各物料间在分子上的紧密结合，并在步骤(5)冷却后使得分子结构位置固定成特定的固态。本发明聚四氟乙烯合金制备方法所制备的聚四氟乙烯合金具有硬度高、耐磨性高、蠕变性小、摩耗系数小和热膨胀系数小等优点，能有效改进聚四氟乙烯的不良特性，同时也拓宽了聚四氟乙烯的应用领域，特别是在生物、航天、能源和激光等高端技术领域里的应用。
以下通过具体实施例对本发明技术方案及其有益效果作进一步的描述。
具体实施方式
本发明主要是将主链聚酯型液晶高分子作为改性剂添加到聚四氟乙烯中，辅助加入填料和填充剂，填料为玻璃纤维和碳纤维其中的一种或两种，填充剂为石墨。其中，所述的辅助材料可以为不添加的情况，这时候聚四氟乙烯合金即单独由聚四氟乙烯和主链聚酯型液晶高分子组合而成。
本发明所采用完全崭新的独特工艺，制备出的高性能的聚四氟乙烯合金既保持了聚四氟乙烯的低摩擦系数，又提高了聚四氟乙烯的耐磨性，使其耐磨性能提高100多倍以上，同时还降低了蠕变性，提高了硬度，减少了产品成型时的尺寸变化。
实施例一：
1、配比：97wt％的聚四氟乙烯，3wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为60目。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在400℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例二：
1、配比：60wt％的聚四氟乙烯，40wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为60目。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在400℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例三：
1、配比：85wt％的聚四氟乙烯，15wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为80目。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在340℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例四：
1、配比：70wt％的聚四氟乙烯，15wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为60目，15wt％的碳纤维。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在340℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例五：
1、配比：70wt％的聚四氟乙烯，15wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为80目，15wt％的玻璃纤维。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在340℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例六：
1、配比：65wt％的聚四氟乙烯，10wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为200目，15wt％的碳纤维，10wt％的玻璃纤维。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在380℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例七：
1、配比：75wt％的聚四氟乙烯，20wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为60目，5wt％的石墨。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在380℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例八：
1、配比：65wt％的聚四氟乙烯，15wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为60目，15wt％的玻璃纤维，5wt％的石墨。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在380℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例九：
1、配比：67wt％的聚四氟乙烯，10wt％的主链聚酯型液晶高分子，主链聚酯型液晶高分子粒度为80目，10wt％的碳纤维，10wt％的玻璃纤维，2wt％的石墨。
2、制备方法：
(1)混合：将上述物料加入到混合机中混合均匀；
(2)模压：将经过步骤(1)混合后的物料进行模压；
(3)烧结：将经过步骤(2)模压后的物料在380℃下进行烧结；
(4)冷却：将经过步骤(3)烧结后的物料冷却至室温。
实施例十：
纯PTFE试件在380℃下烧结，冷却至室温。
本发明实施例一至实施例九所得的聚四氟乙烯合金和纯PTFE材料采用M-200摩擦摩耗试验机测试，测试压力P＝10kg，测试速度V＝31.4m/min，测试时间t＝40min，摩擦系数用u表示，摩耗系数用k表示，单位为mm3/kg·m，见表一、表二。
  性能指标   实施例一   实施例二   实施例三   实施例四   实施例五
  摩擦系数(μ)   0.230   0.233   0.238   0.232   0.274
  摩耗系数(k)   6.85   5.92   3.03   2.82   0.83
表一
  性能指标   实施例六   实施例七   实施例八   实施例九   实施例十
  摩擦系数(μ)   0.242   0.234   0.264   0.238   0.228
  摩耗系数(k)   1.45   1.72   0.72   2.35   537
表二
由表一、表二可得，本发明所得聚四氟乙烯合金的摩耗系数远远低于纯PTFE(实施例十)的摩耗系数，由此可见聚四氟乙烯合金的耐磨特性极高，从而拓宽了聚四氟乙烯的应用领域，特别是在生物、航天、能源和激光等高端技术领域里的应用。

Claims (4)

1.一种聚四氟乙烯合金，其特征在于：包含有60-97wt％的聚四氟乙烯，3-40wt％的主链聚酯型液晶高分子，其余量为辅助材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯合金，其特征是：辅助材料包含有碳纤维和玻璃纤维其中的一种或两种，碳纤维的含量为0-15wt％，玻璃纤维的含量为0-15wt％。
3.根据权利要求1或2所述的一种聚四氟乙烯合金，其特征是：辅助材料包含有0-5wt％的石墨。
4.一种制备权利要求1所述的聚四氟乙烯合金的制备方法，其特征是：包含有以下步骤：
(1)按配比称取物料，主链聚酯型液晶高分子粒度为60-200目；
(2)混合：将上述物料进行混合均匀；
(3)模压：将经过步骤(2)混合后的物料进行模压；
(4)烧结：将经过步骤(3)模压后的物料在340-400℃下进行烧结；
(5)冷却：将经过步骤(4)烧结后的物料冷却至室温。
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