CN1318503C - 纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法 - Google Patents

纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法，其原料各组分的重量百分比为：聚四氟乙烯75%～95%，纳米Si3N4 4%～15%，包括二硫化钼、无机颜料的辅助材料1%～10%。具体制备方法如下：将各种原料按照一定的比例混合，机械搅拌均匀，然后将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，然后经高温烧结，制得纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料。再通过机械加工，制成复合材料试样或零件。本发明提供的纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料具有尺寸稳定性好，摩擦系数低，自润滑性能好，耐磨等优点。

Description

纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其涉及一种纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法，采用纳米Si3N4颗粒填充聚四氟乙烯，可以提高聚四氟乙烯树脂基体的硬度，进而提高复合材料的力学性能和耐磨损性能。
背景技术
聚四氟乙烯是最有潜力的减摩材料，虽具有自润滑特性好，摩擦系数低，耐腐蚀、耐低温等优异特性，但因其机械性能差，线膨胀系数大，导热性又差，磨损量大，而不适于单独作耐磨材料使用。通常采用在聚四氟乙烯中加入纤维、颗粒、晶须等填料对其进行改性，制备成聚四氟乙烯复合材料，以求在保持其低摩擦系数的同时，获得优良的耐磨性及高强度、高刚度和尺寸稳定性。
颗粒状的填充材料是复合材料领域常用的填充材料之一，近年来，纳米尺度的颗粒用于填充复合材料已成为国内外热点研究领域之一。纳米颗粒用于填充热塑性树脂基体，可以提高其刚度、硬度及尺寸稳定性，并且可以提高材料的耐磨性。
有人研究用纳米Si3N4颗粒填充环氧树脂，在很小填充用量的条件下就可以获得很好的摩擦学性能。
中国发明专利200310109284.X公开了一种纳米材料改性聚四氟乙烯油封专用料组合物及其制备方法，但其采用的纳米无机粒子为Al2O3、SiO2、ZnO、TiO2，其主要用途是油封专用料组合物，是一种密封材料，不能应用于摩擦材料。
中国发明专利02111929.5公开了一种含有碳纳米管的聚四氟乙烯耐磨复合材料，具有极高的耐磨性能。但其填充材料采用的是碳纳米管，碳纳米管价格昂贵，不适合大批量生产。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法，所得到的复合材料产品具有工艺性好，力学性能好，尺寸稳定，耐磨，摩擦系数小等优点。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，先将聚四氟乙烯、纳米Si3N4、辅助材料按照一定比例进行机械共混，强力搅拌，再将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，然后将压制成型的坯料进行烧结，制成纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料。
本发明的方法具体步骤为：
先将聚四氟乙烯、纳米Si3N4、辅助材料按照一定比例混合，然后进行机械强力搅拌，搅拌均匀后将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，压力控制在40～50MPa左右，时间为30～50分钟，加压和卸压过程一定要缓慢进行，将上述压制成型的坯料轻轻取出，放入马福炉中，进行烧结：先缓慢升温至320℃左右，然后再以30℃/小时的速度升温至380℃左右，保温5～6小时，制得纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料。再通过机械加工可制成纳米Si3N4/聚四氟乙烯复合材料试样或零件。
其中，复合材料的各原料成分的重量百分比如下：
聚四氟乙烯：75％～95％，
纳米Si3N4：4％～15％，
辅助材料：1％～10％。
其中辅助材料包括二硫化钼、一些无机颜料等。
本发明工艺方法简单，所制得的复合材料具有成本低，尺寸稳定性好，自润滑性好，耐磨，寿命长等优点，和普通的聚四氟乙烯复合材料相比，具有更好的力学性能和摩擦学性能。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但不构成对本发明的限定。
实施例1：
所用的原材料包括：聚四氟乙烯树脂，上海氯碱化工股份有限公司生产的SM021-F型；纳米Si3N4，平均尺度在20nm以下，由舟山纳米材料有限公司生产。
原材料各组分重量百分比如下：
聚四氟乙烯：95％
纳米Si3N4：4％
辅助材料：1％(0.5％的二硫化钼+0.5％中铬黄)
将上述原材料进行强力机械搅拌，然后将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，压力控制在40MPa左右，时间为50分钟，加压和卸压过程缓慢进行，将上述压制成型的坯料轻轻取出，放入马福炉中，进行烧结：先缓慢升温至320℃左右，然后再以30℃/小时的速度升温至380℃左右，保温5小时，制得纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料。将上述材料机械加工成20mm×10mm×10mm的复合材料试样，在M-2000摩擦磨损试验机上测得：
摩擦系数为0.24，比磨损率为36.2×10-6mm3/N.m。
实施例2：
所用的原材料同实施例1。
原材料各组分重量百分比如下：
聚四氟乙烯：85％
纳米Si3N4：10％
辅助材料：5％(3％的二硫化钼+2％的中铬黄)
将上述原材料进行强力机械搅拌，然后将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，压力控制在50MPa左右，时间为30分钟，加压和卸压过程缓慢进行，将上述压制成型的坯料轻轻取出，放入马福炉中，进行烧结：先缓慢升温至320℃左右，然后再以30℃/小时的速度升温至380℃左右，保温6小时，制得纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料。将上述材料机械加工成冲击试验样品和摩擦试验样品。冲击试验在万能材料试验机上进行，摩擦磨损试验在M-2000摩擦磨损试验机上进行，测试结果：
冲击强度：14.5 kJ/m2，摩擦系数2.7，比磨损率48.6×10-6mm3/N.m。
实施例3：
采用的原料同实施例1。
原材料的重量百分比如下：
聚四氟乙烯：75％
纳米Si3N4：15％
辅助材料：10％(8％的二硫化钼+2％的中铬黄)
将上述原材料进行强力机械搅拌，然后将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，压力控制在45MPa左右，时间为40分钟，加压和卸压过程缓慢进行，将上述压制成型的坯料轻轻取出，放入马福炉中，进行烧结：先缓慢升温至320℃左右，然后再以30℃/小时的速度升温至380℃左右，保温5小时，制得纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料。将上述材料机械加工成复合材料试样，在M-2000摩擦磨损试验机上测得：
摩擦系数为2.6，比磨损率42.7×10-6mm3/N.m。

Claims (1)

1、一种纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料的制备方法，其特征在于先将聚四氟乙烯、纳米Si3N4、辅助材料按比例混合，机械搅拌均匀，然后将混合粉料放入不锈钢模具中压制成型，压力控制在40～50MPa，时间为30～50分钟，加压和卸压过程缓慢进行，将上述压制成型的坯料取出，放入马福炉中进行烧结，先缓慢升温至320℃，然后再以30℃/小时的速度升温至380℃，保温5～6小时，制得纳米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨复合材料；其中，复合材料的各原料成分的重量百分比为：聚四氟乙烯：75％～95％，纳米Si3N4：4％～15％，辅助材料二硫化钼及无机颜料：1％～10％。
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