[发明专利]TiO2-SiC-纤维填充聚四氟乙烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种TiO₂-SiC-纤维填充聚四氟乙烯复合材料的制备方法。

背景技术

在高分子结构中，氟塑料是一种含有氟原子（F）或氟原子基团的高聚物。 通过类似塑料的成型加工方法，制成型材、单元产品或零件，这些都通称为氟塑料或氟塑料制品。而一般氟塑料聚合物是单体通过共聚或均聚反应合成制得的，这些单体有：含氟单体如四氟乙烯、氟乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯等。它们存在的形式可以是溶液、粒料、粉料等等。通过各种成型工艺制得型材或单元产品，将型材通过二次加工方法得到零部件，这些氟塑料制品以其优异的绝缘性、耐温稳定性、耐腐蚀性、自润滑等性能，被广泛应用于航天航空、电子电气、化工、建筑、机械等领域内。目前世界上有20多家从事氟塑料生产的公司，这些公司主要分布在美国、日本和西欧等国家和地区，其中以杜邦、大金工业、Dyneon、旭硝子、ICI、Ausimont等公司的生产规模为比较大。关于氟塑料的研制、加工和应用等方面，经过40年的发展，中国氟塑料加工行业已经取得了很大的进步，同时，拥有了相当数量的技术专家队伍以及良好的销售网络。随着经济的发展，近些年来，在国内不断引进了国外先进生产设备技术以及所需的新材料，其需求也在不断地扩大，从而氟塑料的加工和生产得到了飞速发展。2001-2003年3年间，中国聚四氟乙烯（ PTFE）树脂的年产量已经从11032 t增长到17914 t，平均每年的增长速度都超过了20%，中国已经成为PTFE制品大国。 氟塑料的成型加工方法有很多，主要有吹塑、注塑、模压、挤压（柱塞挤出、糊膏挤压）、传递模塑、浸渍、喷涂、化学镀等。而聚四氟乙烯( PTFE) 虽然其成型困难，但综合性能非常好，而且占整个氟塑料产量的比重相当大，大约在70%左右，应用于化工、机械、电气电子、汽车等诸多领域。聚四氟乙烯（PTFE）分子结构，决定了PTFE表现出优异的性能，表现主要有： PTFE是具有高度非极性的材料，具有优异的电绝缘性能，极佳的化学稳定性， 摩擦系数小，吸水率非常低，热稳定性优异。宽泛的使用温度，耐老化性能和抗辐射性能优秀。但任何材料都不是完美的，PTFE材料也不例外，PTFE的结构特点决定了它产生了如下一些缺点：较差的受载荷力，机械性能较低。PTFE的机械强度比较小，并且硬度也较低，弹性低，断裂伸长率比较大，耐磨性差，承载能力低，耐蠕变性较差，从而限制了PTFE的应用。

发明内容

本发明提供一种TiO₂-SiC-纤维填充聚四氟乙烯复合材料的制备方法，以解决现有的聚四氟乙烯材料机械性能低、耐磨性差、线膨胀系数较大的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：复合材料基体为聚四氟乙烯，填充离子包括纳米二氧化钛、芳纶纤维以及玻璃纤维，其中纳米二氧化钛、芳纶纤维以及玻璃纤维的质量分别占聚四氟乙烯粉末质量的4-5%、6-8%以及4-5%，所述的聚四氟乙烯为150-180目的聚四氟乙烯粉末，所述的纳米二氧化钛粒径为15-30nm，所述的芳纶纤维长度为2-2.5mm、单丝直径8-10μm，所述的玻璃纤维为120-140目的玻璃纤维粉末；所述的纳米二氧化钛需要按照以下方法进行改性：称取1-1.5g硅烷偶联剂混合在80-120g水中；纳米二氧化钛和三乙醇胺按照质量比1：0.5-1混合研磨；称取研磨料15-20g分散到上述含有硅烷偶联剂的水体中，调节PH至8.5-8.8，搅拌3-4小时，然后抽滤、烘干得到改性纳米二氧化钛备用；所述的芳纶纤维需要进行以下预处理：将芳纶纤维在丙酮中浸泡8-10小时，然后分别在水和乙醇中煮沸2-3小时，烘干备用；所述的玻璃纤维需要按照以下方法进行改性：称量1-1.2g 硅烷偶联剂溶解在40-50 ml丙酮中，然后称量3-5g 玻璃纤维置于上述溶液中，在25-30℃温度下搅拌0.5-1小时；然后再70-75℃干燥2-3小时，在110-112℃活化1-1.5小时后备用；复合材料的具体制备步骤如下：

（1）、将改性或预处理后的纳米二氧化钛、芳纶纤维以及玻璃纤维在高速搅拌下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末球磨15-20分钟得到混料；

（2）、将混料以6-8MPa/min的速度加压至70-80MPa并恒压30-40分钟冷压成型，再进行烧结固化成型，在180℃以下时升温速率控制为60-70℃/h，200℃以上为50-60℃/h，最后在365-375℃保温4-5小时，然后以50-55℃/h的降温速率降温至200℃，200℃以下降温速率为65-70℃/h，最终降温至室温，将样品打磨加工，即得到聚四氟乙烯复合材料制品。