CN112266560A - 一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于聚四氟乙烯复合材料技术领域，提供了一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其成分包含有：聚四氟乙烯微粉、聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯、无水乙醇；其中，纳米聚四氟乙烯复合材料中各成分的质量百分比为：聚四氟乙烯微粉45％‑55％、聚苯酯10％‑15％、铜粉0％‑5％、氧化铝10％‑15％、石墨烯0％‑10％、无水乙醇15％‑40％，本发明提供的一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法得到的产品，通过将聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯按照一定的质量百分比填充至聚四氟乙烯中，对聚四氟乙烯进行改性，大幅度的提高复合材料的尺寸稳定性、耐高温、耐磨性及使用寿命，具有广阔的应用前景，同时制备方法简单、可批量化生产、降低成本，提高了生产制备效率。

Description

一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯复合材料技术领域，具体为一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯，俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等，一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。
现有的聚四氟乙烯复合材料在使用时，尤其用于泵、轴承、活塞等部件中时，呈现出耐磨性差、力学性能差、耐高温性差、蠕变大、尺寸稳定性差和极易磨损等缺点，从而限制了其在机械承载、摩擦磨损和密封润滑等领域内的应用。
发明内容
本发明目的是提供一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，以解决现有技术中，聚四氟乙烯复合材料在使用时，呈现出耐磨性差、力学性能差、耐高温性差、蠕变大、尺寸稳定性差和极易磨损等缺点的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米聚四氟乙烯复合材料，包括以下成分：
聚四氟乙烯微粉、聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯、无水乙醇；
其中，纳米聚四氟乙烯复合材料中各成分的质量百分比为：
聚四氟乙烯微粉45％-55％、聚苯酯10％-15％、铜粉0％-5％、氧化铝10％-15％、石墨烯0％-10％、无水乙醇15％-40％。
优选的，所述聚四氟乙烯微粉的粒径为35～55um。
优选的，所述聚苯酯的粒径为5～20um。
优选的，所述铜粉的粒径为20～50nm。
优选的，所述氧化铝为粒径30～50nm。
优选的，所述石墨烯的片层厚度为20～40nm，片径为30～80um。
一种纳米聚四氟乙烯复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)称料：
按照以下质量百分比称取原料：
聚四氟乙烯微粉45％-55％、聚苯酯10％-15％、铜粉0％-5％、氧化铝10％-15％、石墨烯0％-10％、无水乙醇15％-40％；
步骤(2)混料：
将聚四氟乙烯微粉放入冰箱中冷冻3h，取出后放入粉碎设备中磨碎，然后再与步骤(1)中余下的原料进行混合，得到混合料A；
步骤(3)高速搅拌：
将混合料A加入到高速混合机中，先缓慢转动混合机，搅拌15min后，将转速提升至2000r/min，保持恒速，高速搅拌1h；
步骤(4)成型：
将经过高速搅拌处理的混合物进行过滤，除去无水乙醇，在常温环境中置放2-3h，随后送入烤箱中烘干处理，得到混合料B，将烘干后的混合料B放入粉碎设备中进行磨碎，然后加入到液压成型机中，加压成型，成型压力为35MPa，成型时间为20min；
步骤(5)烧结：
将成型后的放置在烧结箱中进行烧结，以15℃/min的速率升温至300℃，然后保温20min，再以5℃/min的速率升温至380℃，保温2h，然后以2.5℃/min的速率降温至300℃后保温10min，再以20℃/min的速率降温至室温，得到纳米聚四氟乙烯复合材料。
本发明至少具备以下有益效果：
本发明提供的一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法得到的产品，通过将聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯按照一定的质量百分比填充至聚四氟乙烯中，对聚四氟乙烯进行改性，大幅度的提高复合材料的尺寸稳定性、耐高温、耐磨性及使用寿命，具有广阔的应用前景，同时制备方法简单、可批量化生产、降低成本，提高了生产制备效率。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种纳米聚四氟乙烯复合材料，包括以下成分：
聚四氟乙烯微粉、聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯、无水乙醇；
其中，纳米聚四氟乙烯复合材料中各成分的质量百分比为：
聚四氟乙烯微粉45％-55％、聚苯酯10％-15％、铜粉0％-5％、氧化铝10％-15％、石墨烯0％-10％、无水乙醇15％-40％。
其中，聚四氟乙烯微粉的粒径为35～55um，聚苯酯的粒径为5～20um，铜粉的粒径为20～50nm，氧化铝为粒径30～50nm，石墨烯的片层厚度为20～40nm，片径为30～80um。
一种纳米聚四氟乙烯复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)称料：
对聚四氟乙烯微粉、聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯，进行粒径规格筛选，刷选完成后，按照以下质量百分比称取原料：
聚四氟乙烯微粉50％、聚苯酯10％、铜粉2％、氧化铝10％、石墨烯3％、无水乙醇25％；
步骤(2)混料：
将聚四氟乙烯微粉放入冰箱中冷冻3h，取出后放入粉碎设备中磨碎，然后再与步骤(1)中余下的原料进行混合，得到混合料A；
步骤(3)高速搅拌：
将混合料A加入到高速混合机中，先缓慢转动混合机，搅拌15min后，将转速提升至2000r/min，保持恒速，高速搅拌1h；
步骤(4)成型：
将经过高速搅拌处理的混合物进行过滤，除去无水乙醇，在常温环境中置放2-3h，随后送入烤箱中烘干处理，得到混合料B，将烘干后的混合料B放入粉碎设备中进行磨碎，然后加入到液压成型机中，加压成型，成型压力为35MPa，成型时间为20min；
步骤(5)烧结：
将成型后的放置在烧结箱中进行烧结，以15℃/min的速率升温至300℃，然后保温20min，再以5℃/min的速率升温至380℃，保温2h，然后以2.5℃/min的速率降温至300℃后保温10min，再以20℃/min的速率降温至室温，得到纳米聚四氟乙烯复合材料。
对以上实施例制备的产品进行了相关性能测试，结果如下表1所示：
其中，拉伸强度和断裂伸长率根据《GB/T 1040-1992塑料拉伸性能试验方法》中的相关规定进行测定；
其中，密度根据《GB 1033-1986塑料比重试验方法》中的相关规定进行测定；
其中，压缩强度根据《GB/T 1041-1992塑料压缩试验方法》中的相关规定进行测定；
其中，摩擦系数、磨耗和磨痕宽度根据《GB/T 3960-1989塑料滑动摩擦磨损试验方法》中的相关规定进行测定；
其中，冲击强度根据《GB/T 1043-1993硬质塑料简支梁冲击试验方法》中的相关规定进行测定；
其中，硬度根据《GB/T 2411-1989塑料邵氏D硬度试验方法》中的相关规定进行测定；
表1纳米聚四氟乙烯复合材料的各参数指标测定
Figure BDA0002721628820000051
如表1所示，可以看出以上实施例制备的纳米聚四氟乙烯复合材料具有较好的拉伸强度和较好的耐磨性，且材料硬度高。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种纳米聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，包括以下成分：
聚四氟乙烯微粉、聚苯酯、铜粉、氧化铝、石墨烯、无水乙醇；
其中，纳米聚四氟乙烯复合材料中各成分的质量百分比为：
聚四氟乙烯微粉45％-55％、聚苯酯10％-15％、铜粉0％-5％、氧化铝10％-15％、石墨烯0％-10％、无水乙醇15％-40％。
2.根据权利要求1所述的一种纳米聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯微粉的粒径为35～55um。
3.根据权利要求1所述的一种纳米聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚苯酯的粒径为5～20um。
4.根据权利要求1所述的一种纳米聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述铜粉的粒径为20～50nm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述氧化铝为粒径30～50nm。
6.根据权利要求1所述的一种纳米聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯的片层厚度为20～40nm，片径为30～80um。
7.一种纳米聚四氟乙烯复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)称料：
按照以下质量百分比称取原料：
聚四氟乙烯微粉45％-55％、聚苯酯10％-15％、铜粉0％-5％、氧化铝10％-15％、石墨烯0％-10％、无水乙醇15％-40％；
步骤(2)混料：
将聚四氟乙烯微粉放入冰箱中冷冻3h，取出后放入粉碎设备中磨碎，然后再与步骤(1)中余下的原料进行混合，得到混合料A；
步骤(3)高速搅拌：
将混合料A加入到高速混合机中，先缓慢转动混合机，搅拌15min后，将转速提升至2000r/min，保持恒速，高速搅拌1h；
步骤(4)成型：
将经过高速搅拌处理的混合物进行过滤，除去无水乙醇，在常温环境中置放2-3h，随后送入烤箱中烘干处理，得到混合料B，将烘干后的混合料B放入粉碎设备中进行磨碎，然后加入到液压成型机中，加压成型，成型压力为35MPa，成型时间为20min；
步骤(5)烧结：
将成型后的放置在烧结箱中进行烧结，以15℃/min的速率升温至300℃，然后保温20min，再以5℃/min的速率升温至380℃，保温2h，然后以2.5℃/min的速率降温至300℃后保温10min，再以20℃/min的速率降温至室温，得到纳米聚四氟乙烯复合材料。
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