[发明专利]一种超声电机氮化碳改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法

说明书

一种氮化碳改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法，所述的复合材料包括聚合物基体聚四氟乙烯PTFE、表面改性处理的类石墨型氮化碳g‑C₃N₄、碳纳米管和无机纳米氧化物。所述复合材料的制备方法包括如下步骤：类石墨型氮化碳的制备、氮化碳表面改性、原料在球磨机中的高速球磨共混、烘干过筛处理、冷压成型、热压烧结、切片。本发明中聚四氟乙烯复合材料制备方法工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化大量制备，易加工，制得的复合材料具有较高的表面硬度、良好的力学性能和摩擦学性能，在超声电机摩擦材料方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种聚合物复合材料技术领域，尤其是一种高性能聚合物复合材料及制备方法，具体地说是一种超声电机用氮化碳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。

近年来，纳米改性成为提高聚合物材料性能的有效途径之一，纳米填料可以提高聚合物复合材料的力学性能、热力学性能和摩擦学性能等；其中氮化碳是一种类石墨型的新型二维材料，具有与金刚石相媲美的硬度，被认为是未来新一代的超硬材料，同时具有优良的韧性、较高的抗磨性，是提高聚四氟乙烯表面硬度和耐磨性的理想填料。鉴于此，利用性能优良的氮化碳改性聚四氟乙烯显得非常重要，该制备方法工艺简单，成本低廉，效果显著。此外，针对超声电机对摩擦材料力学性能、热力学性能、摩擦学性能等综合性能的特殊要求，本发明还利用力学性能优良的一维碳纳米管进行增强，能够提高聚四氟乙烯的力学性能；为了提高表面硬度和耐磨性，还添加了无机纳米颗粒；此类材料对于提高超声电机的性能具有广阔的前景，在碳纳米管增强、无机纳米颗粒改性的基础上，再利用氮化碳改性聚四氟乙烯复合材料是一种全新的途径，目前尚未有相关技术报道。

发明内容

本发明的目在于针对超声电机摩擦材料存在的表面自由能较高，抗蠕变性能较差及使用寿命较短的问题，发明一种超声电机用氮化碳改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，该方法工艺简单，成本低廉，改性效果显著，能够大大提高聚四氟乙烯复合材料的表面硬度、抗蠕变性能和摩擦学性能，将会提高超声电机的机械输出性能、运行稳定性和可靠性，对于提高其在航空航天、精密仪器、生物医疗、机器人等方面的可靠应用具有重要意义。

本发明所采用的技术方案之一是：

一种超声电机用氮化碳改性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于：复合材料的组分按照质量百分比计算为：聚四氟乙烯90～97%，表面改性处理过的氮化碳1～5%，多壁碳纳米管1～2%，纳米氧化物1～3%，各组份之和为100%。

所述的聚四氟乙烯粒径为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。