[发明专利]一种超声电机用氟化石墨烯改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法

说明书

一种超声电机用氟化石墨烯改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法，其特征是所述的复合材料由以下重量份的原料制成：聚四氟乙烯100，氟化石墨烯1～5，多壁碳纳米管1‑5，硅酸铝1～5组成。其制备方法是将复合粉末球磨混匀后加入模具中冷压成型，模压10～20MPa，保压10‑20分钟，然后脱模在四氟烧结炉中进行烧结，温度360～380℃。本发明具有低表面能、较高的机械强度、稳定的摩擦系数和超低的磨损率，能够降低超声电机摩擦界面长时间带压储存导致的无法启动以及黏着磨损，大大提高了超声电机储存稳定性和使用寿命。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，尤其是一种超旱情电机用耐磨材料技术，具体地说是一种超声电机用氟化石墨烯改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法。

背景技术

随着超声电机技术的不断发展以及应用领域的迅速扩大，对超声电机的启动可靠性、运行稳定性以及使用寿命的要求越来越高，传统的摩擦材料很难满足超声电机高性能化的发展需求。因此，针对特殊需求及应用，发展新型摩擦材料成为超声电机性能提升的有效途径。

聚四氟乙烯是一种具有低表面能、耐腐蚀、自润滑性能优异的高分子材料，但是纯的聚四氟乙烯性能单一，很难满足超声电机复杂的应用工况，尤其在航空航天领域，如果超声电机在地面长期储存后，发射后在空间环境中会有无法正常工作的现象。因为超声电机是一种利用逆压电效应将定子的微观振动通过摩擦作用，将能量传递到转子输出的一种新型电机，组装后定转子之间带有很大的压力，摩擦层长期受压后会发生蠕变或者冷焊，当需要工作时，超声电机接触界面无法启动，或者强行启动后造成摩擦界面撕裂，从而影响超声电机的性能和使用寿命。所以超声电机摩擦界面良好的抗蠕变性和长期储存后仍具有可靠的启动性显得尤为重要。

目前旋转型超声电机使用的摩擦材料主要存在以下问题：一是表面自由能较高，二是抗蠕变性能较差，三是使用寿命较短。目前，国内还没有摩擦材料能够完全解决以上三个问题并同时满足超声电机的使用需求。因此，寻求长寿命高可靠的耐磨材料是超声电机亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有超声电机用摩擦材料存在的表面自由能较高、抗蠕变性能较差、使用寿命较短的问题，发明一种具有表面能低、抗蠕变性能好、磨损率低的氟化石墨烯改性聚四氟乙烯复合材料，同时提供其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种超声电机用氟化石墨烯改性聚四氟乙烯复合材料，该材料的组成和质量分数为：聚四氟乙烯100，氟化石墨烯1～5，多壁碳纳米管1-5，硅酸铝1～5。

优选地，所用聚四氟乙烯粒径为20～35μm，选用聚四氟乙烯做聚合物基体是因为其本身具有较低的表面能和良好的自润滑性能。

优选地，所述氟化石墨烯片径为0.4-5 μm，选用氟化石墨烯是因为其具有良好的力学性能和良好的抗粘附性能。

优选地，所述多壁碳纳米管直径为8-15nm，长度为10-50 μm，选用多壁碳纳米管是因为其具有良好的力学性能，是提高聚合物强度的理想增强材料。

优选地，所述硅酸铝粒径为6.5μm。选用硅酸铝作为改性剂是得益于其良好的耐磨性和较高的表面硬度。

本发明的技术方案之二是：

一种超声电机用氟化石墨烯改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，其特征是它包括以下步骤：

1）按重量份数将聚四氟乙烯、氟化石墨烯、多壁碳纳米管、硅酸铝加入酒精中球磨4-8小时，然后进行烘干、粉碎以及过筛（200目）处理；酒精的加入量应浸没原料；

2）将步骤1混好的模料倒入模具中进行冷压成型，模压10～20MPa，保压10-20分钟；脱模后在四氟烧结炉中进行烧结，温度360～380℃，保温至少2小时后随炉冷却；