CN109705503A - 一种含氟耐磨材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机化学材料技术领域，具体涉及一种含氟耐磨材料及其制备方法。所述含氟耐磨材料由PTFE、POB和PFA复合而成；各组分的重量比为：PTFE 25～85份，POB 10～50份，PFA 5～25份。本发明所提供的含氟耐磨材料具有极小的平均磨耗系数，同时具有较佳的拉伸强度，可解决普通的填充四氟乙烯所存在的磨耗较大、损伤对偶件以及力学性能不佳等问题。可作为极其苛刻条件下，如高温、高压、无油润滑、腐蚀等使用的零部件，广泛用于机械、航空、航天、电子、电气等工业领域，应用前景十分广阔。

Description

一种含氟耐磨材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及有机化学材料技术领域，具体涉及一种含氟耐磨材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚四氟乙烯树脂(以下简称PTFE)具有优良的耐化学腐蚀性、耐高低温性、耐老化性、低摩擦性、不粘性、生理惰性，使它在化工、机械、电气、建筑、医疗等领域成为不可缺少的特种材料，它在-250～250℃温度范围内长期使用。但其耐磨性、硬度等机械性能却不够好，在用于泵、轴承和活塞环等机械领域时存在磨损严重、损伤对磨偶件等缺点，通常要添加填料以改善这些缺点。这些填料主要有玻璃纤维、碳纤维、石墨、二硫化钼、青铜粉等，但这些材料对PTFE进行改性在作为轴承和密封材料时最大的缺陷是容易损伤对偶材料。此外，传统的方法多采用添加玻璃纤维、石墨、二硫化钼等无机填料对PTFE进行改性，但这种材料的磨耗较大，使用寿命短，容易对对偶件造成磨损。通过添加高聚物聚苯酯(以下简称POB)，可以有效的降低磨损，且不损伤对磨偶件，但是拉伸强度会逐渐减小，制品脆性增加。
聚苯酯与PTFE按一定重量比进行混合，通过冷压或热压烧结制备的复合材料。随着POB含量的增加，磨损率呈下降的趋势，从而改善了PTFE对磨损耗严重的缺陷。但是复合材料的力学性能如拉伸强度，却随聚苯酯含量的增加而降低。聚苯酯是一种不熔高聚物，而PTFE具有不粘性，POB颗粒的添加阻断了PTFE的粘结融合，这样的后果会导致材料孔隙率增加，进而脆性增加，从而严重的影响了制品的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种含氟耐磨材料，由PTFE(聚四氟乙烯树脂)、POB(高聚物聚苯酯)和PFA(可熔性聚四氟乙烯)复合而成。
将上述三种不同的聚合物联用，具有优良的性能，如更好的热塑性，能够进行熔融加工，使得到的制品具有高化学稳定性、耐老化性、机械强度高、优异的耐磨性，还能减少材料的孔隙率。
作为优选，各组分的重量比为：PTFE 25～85份，POB 10～50份，PFA 5～25份；优选总重量份为100份。
进一步优选地，各组分的重量比为：PTFE 35～75％，POB 15％～45％，PFA 10％～20％。
在组分的重量比达到理想状态时，能够将体系形成一个致密连续的整体，从而改善制品的耐磨性与力学性能。
作为优选，所述PTFE、所述POB和所述PFA中至少一种的粒径为10～50μm；进一步优选地，所述粒径为15～35μm。
进一步优选地，所述PTFE、所述POB和所述PFA的粒径皆为15～35μm；以15～25μm为最佳。
通过试验证明，三种原料的粒径越接近，也就是粒径越统一，可达到制品的最佳性能。特别是当三种原料的粒径都在15～35μm时，制品的各项性能均达到极佳水平。能够保证所制备的耐磨材料结构致密，拉伸强度高。
本发明提供一种较为优选的含氟耐磨材料，配方如下：按重量比计算，PTFE：POB：PFA＝8～15:1～5:1～3，再优选地，所述比例为11～12:2～5:2～3；进一步优选为12:5:3。
本发明所提供的含氟耐磨材料具有极小的平均磨耗系数，同时具有较佳的拉伸强度。可解决普通的填充四氟乙烯所存在的磨耗较大、损伤对偶件以及力学性能不佳等问题。可作为极其苛刻条件下，如高温、高压、无油润滑、腐蚀等使用的零部件，广泛用于机械、航空、航天、电子、电气等工业领域，应用前景十分广阔。
本发明一并提供上述含氟耐磨材料的制备方法，将PTFE、POB和PFA混合后通过冷压烧结或热压烧结，即得。
所述冷压烧结可采取常规操作，在此提供一种较为优选的方式：常温下施加50～100MPa的压力使之成为密实的预成型品，然后将预成型品加热至360～380℃，并在此温度保持2～10h(保温时间根据制品的厚度或高度来决定)，然后冷却。
所述热压烧结可采取常规操作，在此提供一种较为优选的方式：把预成型品连模具一起放入烧结炉中升温烧结至365℃，保温2～10h(保温时间根据制品的厚度或高度来决定)，从炉中取出后立即加压冷却。
本发明还同时提供上述含氟耐磨材料在机械、航空、航天、电子、电气等工业领域的应用。
所述应用是指以上述含氟耐磨材料制备成产品的形式进行应用。
本发明主要是解决现有耐磨材料存在磨耗较大，损伤对偶件以及力学性能不佳等技术问题。按照本发明所制备出的制品，孔隙率减少，致密度较高，耐磨性能及力学性能优异，延长了使用寿命，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
PTFE购自于中昊晨光化工研究院有限公司，产品牌号为CGM021-16F。
POB购自于中昊晨光化工研究院有限公司，产品牌号为CGZ352-8。
PFA购自于中昊晨光化工研究院有限公司，产品牌号为PFA-W3，熔融指数为20～30g/10min。
平均磨耗系数的测试方法为：采用SST-ST销盘式摩擦磨损试验机，按照ГOCT11629-75标准进行测量
拉伸强度的测试方法为：按照GB/T1040-1992标准进行测量
冷压烧结操作为将预成型品加热至370-380℃，并在此温度保持2～10h(保温时间根据制品的厚度或高度来决定)，冷却。
热压烧结操作为把预成型品连模具一起放入烧结炉中升温烧结至365℃，保温2～10h(保温时间根据制品的厚度或高度来决定)，从炉中取出后立即加压冷却。
实施例1
本实施例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，将POB和PFA以及PTFE按5：3：12的重量比充分混合均匀后通过冷压烧结即得。
POB、PFA和PTFE的粒径为17μm、20μm以及22μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为1.6×10-5g/h，拉伸强度为19.5MPa。
实施例2
本实施例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，将POB和PFA以及PTFE按4：1：15的重量比充分混合均匀后通过热压烧结制成树脂。
POB、PFA和PTFE的粒径为15μm、22μm以及25μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为1.9×10-5g/h，拉伸强度为20.2MPa。
实施例3
本实施例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，将POB和PFA以及PTFE按1：1：8的重量比充分混合均匀后通过冷压烧结制成树脂。
POB、PFA和PTFE的粒径为20μm、22μm以及24μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为3.0×10-5g/h，拉伸强度为25.2MPa。
对比例1
本对比例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，将POB和PTFE按1：3的重量比充分混合均匀后通过冷压烧结制成树脂。
POB和PTFE的粒径为18μm和22μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为2.1×10-5g/h，拉伸强度为12.6MPa。
对比例2
本对比例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，将POB和PTFE按1：4的重量比充分混合均匀后通过热压烧结制成树脂。
POB和PTFE的粒径为16μm和25μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为2.3×10-5g/h，拉伸强度为15.4MPa。
对比例3
本对比例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，将POB和PTFE按1：9的重量比充分混合均匀后通过冷压烧结制成树脂。
POB和PTFE的粒径为20μm和22μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为3.6×10-5g/h，拉伸强度为19.7MPa。
对比例4
本对比例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，与实施例1的区别仅在于，所述PTFE、所述POB和所述PFA的粒径为7μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为2.3×10-5g/h，拉伸强度为15.7MPa。
对比例5
本实施例提供一种含氟耐磨材料及其制备方法，与实施例1的区别仅在于，所述PTFE、所述POB和所述PFA的粒径为70μm。
经检测，所得材料的平均磨耗系数为2.1×10-5g/h，拉伸强度为13.7MPa。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种含氟耐磨材料，其特征在于，所述含氟耐磨材料由PTFE、POB和PFA复合而成。
2.根据权利要求1所述的含氟耐磨材料，其特征在于，各组分的重量比为：PTFE 25～85份，POB 10～50份，PFA 5～25份。
3.根据权利要求1或2所述的含氟耐磨材料，其特征在于，各组分的重量比为：PTFE 35～75％，POB 15～45％，PFA 10～20％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的含氟耐磨材料，其特征在于，所述PTFE、所述POB和所述PFA的至少一种的粒径为10～50μm；优选为15～35μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的含氟耐磨材料，其特征在于，所述PTFE、所述POB和所述PFA的粒径均为15～35μm。
6.根据权利要求5所述的含氟耐磨材料，其特征在于，所述粒径为15～25μm。
7.根据权利要求1、4-6任一项所述的含氟耐磨材料，其特征在于，配方如下：按重量比计算，PTFE：POB：PFA＝8～15:1～5:1～3；优选为11～12:2～5:2～3。
8.根据权利要求1或7所述的含氟耐磨材料，其特征在于，按重量比计算，PTFE：POB：PFA＝12:5:3。
9.制备如权利要求1-8任一项所述的含氟耐磨材料的方法，其特征在于，将PTFE、POB和PFA混合后通过冷压烧结或热压烧结，即得。
10.权利要求1-8任一项所述的含氟耐磨材料在机械、航空、航天、电子、电气工业领域的应用。
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