[发明专利]聚四氟乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维材料制备领域，具体涉及一种高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯因其优异的化学稳定性、耐高温性、抗紫外辐射和低的摩擦系数而在众多领域得到广泛的应用，然而其耐磨性差却限制了其使用范围。为了提高聚四氟乙烯材料的耐磨性能，以往的技术主要在聚四氟乙烯中填充金属和玻璃纤维、碳纤维等制备聚四氟乙烯复合材料。上述填充材料可以在一定程度上改善聚四氟乙烯复合材料的耐磨性能，但性能的改善并不是非常理想。

中国科学技术大学在CN100582158C专利中采用聚四氟乙烯粉末与聚丙烯腈粉末混合制备聚四氟乙烯复合材料，另外添加金属及金属氧化物等，它一定程度上提高了聚四氟乙烯的耐磨性，但其中聚丙烯腈粉末添加量较大，且金属粒子与聚四氟乙烯缺乏相容性，容易产生相分离，降低其机械性能。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，该聚四氟乙烯复合材料耐磨性能好、相容性高、制备时烧结温度低，可以解决目前聚四氟乙烯材料耐磨性差，相容性低致使机构性能不好的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种聚四氟乙烯复合材料，该复合材料含有65wt%～85wt%的聚四氟乙烯和15wt%～35wt%的高立构聚丙烯腈，所述高立构聚丙烯腈的等规三单元组（mm）含量为45%～78%。

本发明实施方式还提供一种聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括：

步骤1，各组分按重量百分含量计，将30%～60%的聚四氟乙烯、15%～25%的丙烯腈和30%～50%的尿素混合均匀形成混合物，

步骤2，将所述混合物在-75℃～-50℃低温冷冻120小时以上；

步骤3，将冷冻后的所述混合物分散在液氮中，进行Co⁶⁰γ射线辐照，辐射剂量为3～30kGy；

步骤4，辐照后在-70℃±5℃的环境中使所述混合物中的丙烯腈进行聚合3～10小时；

步骤5，聚合反应后，以水反复洗涤所述混合物除去尿素和未反应丙烯腈单体、过滤、干燥，在40MPa压强下冷压成型并在40MPa压强下保持5～10分钟；

步骤6，将压制成型的样品置入高温烧结炉中，以30℃～100℃/小时的升温速率加热至330℃～380℃，保温烧结2小时；

步骤7，自然冷却到室温，即得到聚四氟乙烯复合材料。

由上述提供的技术方案可以看出，本发明实施方式提供的聚四氟乙烯复合材料，在聚四氟乙烯粉末中原位合成高立构聚丙烯腈，其等规三单元组（mm）含量为45%～78%，高立构聚丙烯腈以接枝和共混的方式存在于聚四氟乙烯材料中，含量仅为15wt%～35wt%，使得该材料的相容性好。高立构聚丙烯腈在高温烧结过程中会发生环化反应，形成梯形结构，增强了复合材料的摩擦转移摩在对摩面表面的附着力，从而大大提高其耐磨性。实测表明，在相同的摩擦测试条件下，含有高立构聚丙烯腈高耐磨性聚四氟乙烯复合材料的磨损量是未改性聚四氟乙烯的1/150～1/100，同时含有高立构聚丙烯腈高耐磨性聚四氟乙烯复合材料耐温可达300℃以上。

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他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种聚四氟乙烯复合材料，该复合材料含有65wt%～85wt%的聚四氟乙烯和15wt%～35wt%的高立构聚丙烯腈，所述高立构聚丙烯腈的等规三单元组（mm）含量为45%～78%。

上述聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，各组分按重量百分含量计，将30%～60%的聚四氟乙烯、15%～25%的丙烯腈和30%～50%的尿素混合均匀形成混合物，

步骤2，将所述混合物在-75℃～-50℃低温冷冻120小时以上；

步骤3，将冷冻后的所述混合物分散在液氮中，进行Co⁶⁰γ射线辐照，辐射剂量为3～30kGy；

步骤4，辐照后在-70℃±5℃的环境中使所述混合物中的丙烯腈进行聚合3～10小时；

步骤5，聚合反应后，以水反复洗涤所述混合物除去尿素和未反应丙烯腈单体、过滤、干燥，在40MPa压强下冷压成型并在40MPa压强下保持5～10分钟；