CN102276951A - 高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料及其制造工艺，属于高承载低摩擦系数的材料及其制造工艺。其主要组分为聚四氟乙烯、聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨、玄武岩纤维、硅烷或钛酸酯偶联剂等，采用超声振荡-旋流搅拌的混料工艺和真空冷压烧结或真空热压成型的制备工艺制得摩擦材料。PTFE复合材料的机械强度明显增加，摩擦系数减小，在拉伸强度、球压痕硬度、耐磨性等方面都有明显的进步，可以满足苛刻的铁路货车转向架、滑动回转支承等工业和运输领域的应用需求。该摩擦材料摩擦系数较低、承压性能、耐腐蚀性能良好；该摩擦材料制备工艺简单，成本低，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高承载低摩擦系数的材料及其制造工艺，特别是一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料及其制造工艺。
背景技术
聚四氟乙烯（PTFE）具有杰出的优良综合性能，耐高温，耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数。但纯PTFE的硬度低、耐磨性能较差、机械强度低，在外力作用下会产生较大的粘弹性变形，易蠕变等，这些缺点限制了PTFE在重载工况下的应用。为了弥补PTFE机械性能上的不足，采用填充剂对其进行改性，并改进其模压成型工艺。PTFE材料成型目前主要有四种方法：高温模压成型、冷压烧结成型、等离子喷涂成型、分散体涂覆成型，最广泛的成型方法为冷压烧结成型，对高温模压成型材料的描述罕见报道。改性PTFE的填料改性PTFE的填料可分为无机填料、有机填料和纤维增强填料等，主要有二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）、氧化铝（A1203）、氧化锆（ZrO2）、青铜粉、石墨、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯腈(PAN)、聚对羟基苯甲酸苯酯（POB）、聚酰亚胺(PI)、液晶聚合物(LCP)、碳纤维、玻璃纤维。
目前，玻璃纤维增强PTFE应用较为广泛，这类产品能满足工业上的一般要求，但是，玻璃纤维的耐碱性很差，复合材料会因此而缩短使用寿命，玻璃纤维填充后的复合材料热变形温度提高幅度不大，冲击强度下降较多。碳纤维增强PTFE复合材料的拉伸强度有较大幅度提高，但冲击强度明显降低，更重要的是该复合材料在强氧化剂中不耐氧化，导致复合材料变软，丧失所有的性能。申请号为200510095700.4发明名称为高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法的专利，所述聚四氟乙烯复合材料由聚四氟乙烯和聚丙烯腈粉末混合后，经压制成型、高温烧结形成，其组分中可选择添加金属及金属氧化物、非金属氧化物、碳化物和其他纤维类填充物等，以增强其相应的性能。此专利是采用PTFE粉末与聚丙烯腈粉末混合制备，另外添加金属及金属氧化物等，它一定程度上增加了PTFE的分散性和耐磨性，但其中金属粒子与PTFE缺乏相容性，容易产生分离，而且会对对磨面产生磨损，使材料的摩擦系数增加。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料及其制造工艺，提高材料的耐磨性、承压性以及减小材料的摩擦系数；本发明的目的还在于提出复合材料的配方和产品制备方法，同时有助于提高材料所需的各项性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料，主要组分为聚四氟乙烯、聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨、玄武岩纤维、硅烷或钛酸酯偶联剂，其组分质量比如下：
聚四氟乙烯(PTFE）： 64.95%-93.99%
聚对羟基苯甲酸苯酯(POB)： 5%-25%
膨胀石墨： 0.5%-5%
玄武岩纤维： 0.5%-5%
硅烷或钛酸酯偶联剂： 0.01%-0.05%
所述的聚四氟乙烯粉末的粒径为1μm-100μm；聚对羟基苯甲酸苯酯粉末的粒径为5μm-100μm；玄武岩纤维其直径为5μm-20μm 长径比为1:4-1:30，膨胀石墨的膨胀率为100-400ml/g。
一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料的制备工艺：
a、超声振荡-旋流搅拌：取一定质量的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将一定量的聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨、玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加一定量的硅烷或钛酸酯偶联剂，超声振荡同时进行旋流搅拌20-60min，至混合均匀。
b、烘干：将混合均匀的材料放入干燥箱内在40-100℃温度下加热烘干；
c、真空冷压烧结处理如下：首先对真空模压烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在20-30 MPa压力下模压成型，保压3-10min；卸压，加热至360℃-400℃烧结，保温2-6h；停止加热，自然冷却到室温，同时加压40-60 MPa。
d、真空热压成型处理如下：对真空模压烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；烘干的材料冷却后在30-50 MPa压力下模压成型，保压3-10min；卸压，加热至360℃-380℃烧结，保温2-6h；停止加热，自然冷却到室温，即得所需材料。
本发明的有益效果是：PTFE复合材料的机械强度明显增加，摩擦系数减小，在拉伸强度、球压痕硬度、耐磨性等方面都有明显的进步，可以满足苛刻的铁路货车转向架、滑动回转支承等工业和运输领域的应用需求。
具体实施方式
本发明的高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料，主要组分为聚四氟乙烯、聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨、玄武岩纤维、偶联剂等，其中聚四氟乙烯(PTFE）所占的质量百分比为64.95%-93.99%，粒径为1μm-100μm，聚对羟基苯甲酸苯酯(POB) 所占的质量百分比为5%-25%，粒径为5μm-100μm，膨胀石墨所占的质量百分比为0.5%-5%，膨胀率为100-400ml/g，玄武岩纤维所占的质量百分比为0.5%-5%，直径为5μm-20μm 长径比为1:4-1:30，偶联剂为硅烷或钛酸酯偶联剂所占的质量百分比为0.01%-0.05%。
制备工艺实例如下：
实施例1：取93.99%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将5%聚对羟基苯甲酸苯酯、0.5%膨胀石墨、0.5%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.01%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温，同时加压50 MPa，即得制备的材料。
实施例2：取79.98%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将16%聚对羟基苯甲酸苯酯、2%膨胀石墨、2%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.02%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温，同时加压50 MPa，即得制备的材料。
实施例3：取79.97%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将14%聚对羟基苯甲酸苯酯、3%膨胀石墨、3%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.03%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温，同时加压50 MPa，即得制备的材料。
实施例4：取64.95%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将25%聚对羟基苯甲酸苯酯、5%膨胀石墨、5%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.05%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温，同时加压50 MPa，即得制备的材料。
实施例5：取93.99%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将5%聚对羟基苯甲酸苯酯、0.5%膨胀石墨、0.5%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.01%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温即得制备的材料。
实施例6：取79.98%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将16%聚对羟基苯甲酸苯酯、2%膨胀石墨、2%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.02%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温即得制备的材料。
实施例7：取79.97%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将14%聚对羟基苯甲酸苯酯、3%膨胀石墨、3%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.03%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温即得制备的材料。
实施例8：取64.95%的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将25%聚对羟基苯甲酸苯酯、5%膨胀石墨、5%玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加0.05%硅烷偶联剂，放入超声波容器，同时进行搅拌30min，至混合均匀。将混合均匀的材料放入干燥箱内在60℃温度下加热烘干48h；对烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在25 MPa压力下模压成型，保压5min；卸压，加热至380℃烧结，保温4h；停止加热，自然冷却到室温即得制备的材料。
Claims (2)
1.一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料，其特征是：材料的主要组分为聚四氟乙烯、聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨、玄武岩纤维、硅烷或钛酸酯偶联剂，其组分质量比如下：
聚四氟乙烯(PTFE）： 64.95%-93.99%
聚对羟基苯甲酸苯酯(POB)： 5%-25%
膨胀石墨： 0.5%-5%
玄武岩纤维： 0.5%-5%
硅烷或钛酸酯偶联剂： 0.01%-0.05%
所述的聚四氟乙烯粉末的粒径为1μm-100μm；聚对羟基苯甲酸苯酯粉末的粒径为5μm-100μm；玄武岩纤维其直径为5μm-20μm 长径比为1:4-1:30，膨胀石墨的膨胀率为100-400ml/g。
2.一种高承载低摩擦系数聚四氟乙烯摩擦材料及其制造工艺，其特征是：具体制备工艺：
a、超声振荡-旋流搅拌：取一定质量的聚四氟乙烯用无水乙醇溶解，将一定量的聚对羟基苯甲酸苯酯、膨胀石墨、玄武岩纤维溶解于该溶液，滴加一定量的硅烷或钛酸酯偶联剂，超声振荡同时进行旋流搅拌20-60min，至混合均匀；
b、烘干：将混合均匀的材料放入干燥箱内在40-100℃温度下加热烘干；
c、真空冷压烧结处理如下：首先对真空模压烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；将烘干的材料冷却后在20-30 MPa压力下模压成型，保压3-10min；卸压，加热至360℃-400℃烧结，保温2-6h；停止加热，自然冷却到室温，同时加压40-60 MPa；
d、真空热压成型处理如下：对真空模压烧结炉进行真空处理，真空度1.0-10×10-3Pa；烘干的材料冷却后在30-50 MPa压力下模压成型，保压3-10min；卸压，加热至360℃-380℃烧结，保温2-6h；停止加热，自然冷却到室温，即得所需材料。
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