[发明专利]一种高耐磨聚四氟乙烯复合材料及制备方法

说明书

一种高耐磨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，稀土氧化物0.1～1，氟化石墨烯0.5～2，多壁碳纳米管0.5～1。其制备方法是：氟化石墨烯，多壁碳纳米管，稀土氧化物于丙酮中超声分散后，加入聚四氟乙烯粉末，并用球磨机球磨；然后在真空干燥箱中烘干，得到混合粉末；在20‑50MPa压力下将混合粉末压制成型；成型生胚静置24h后在烧结炉中自由烧结，365℃下保温数小时，随炉降温，制得复合材料。本发明所述复合材料具有稳定的摩擦系数和超低的磨损率，制备方法简单，操作方便，成本低，易于工业化宏量制备，该复合材料容易加工成薄片在旋转型超声电机中使用，能够提高超声电机的速度稳定性和使用寿命。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，尤其是一种超声电机转子用聚合物复合材料，具体地说是一种高耐磨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及应用范围的扩大，对转子摩擦材料性能的要求越来越高，传统的聚四氟乙烯基复合材料由于机械强度低、硬度小、使用寿命短等缺点，虽然电机运行时间的增长以及转子材料磨损，电机预压力逐渐下降，造成电机输出性能不稳定，所以寻求一种超耐磨转子摩擦材料对于提高超声电机的使用寿命及稳定性至关重要。

目前旋转型超声电机使用的摩擦材料主要存在两大问题：最突出的问题是干摩擦条件下磨损比较严重，使用寿命短，无法满足连续长寿命工作，在真空和高低温等苛刻工况下使用寿命将更短，无法满足航空航天等复杂环境的使用需求；其次是随着电机运行过程中的磨损，产生的磨屑以及预压力的下降导致电机输出稳定性下降。目前，国内还没有摩擦材料能完全解决以上两个问题。因此，寻求长寿命高稳定的摩擦材料是超声电机亟需解决的难题。

本发明选用聚四氟乙烯作为聚合物基体，因其是一种绝缘性能好、表面自由能较低、抗黏着、耐高温、耐腐蚀的一种高分子材料，但是纯的聚四氟乙烯在高频微振动条件下磨损率较大，很难满足超声电机复杂工况的使用要求。所以对聚四氟乙烯进行改性是提高其机械性能和摩擦学性能最有效的方法。本发明利用先进的纳米改性技术，在碳纳米管增强的基础上，利用稀土氧化物和氟化石墨烯协同改性聚四氟乙烯，能够大大提高聚四氟乙烯纳米复合材料的耐磨性，从而能够提高超声电机的使用寿命和运行稳定性。

其次，根据纳米改性剂添加比例的不同，对其制备方法进行了优化，以期能够制备适用于超声电机使用的高性能摩擦材料。

发明内容

本发明的目的是针对现在所使用的超声电机摩擦材料存在的问题，发明一种更适用于超声电机使用的高耐磨聚四氟乙烯复合材料，同时发明一种相应的制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种高耐磨聚四氟乙烯复合材料,其特征是它由以下重量份的原料制成：聚四氟乙烯100，氟化石墨烯0.5～2，多壁碳纳米管0.5～1，稀土氧化物0.1～1。

所述的聚四氟乙烯为微米级模压粉，平均粒径为20μm模压粉，性能稳定，非常适合无机颗粒填充和模压。

所述的氟化石墨烯为片状结构粉末，其表面尺寸1-5μm，厚度为0.8-1.2nm，所述的氟化石墨烯的表面活性官能团与聚四氟乙烯分子存在着强烈的分子间作用力，能够提高界面结合力，从而大大提高聚四氟乙烯的耐磨性；氟化石墨烯在丙酮中分散性良好，避免了团聚现象，提高了其在聚四氟乙烯中的分散性。

所述的稀土氧化物为氧化镧、氧化钐、氧化铈以及其它稀土氧化物，该氧化物为纳米级粉末，能够在丙酮中与氟化石墨烯、聚四氟乙烯和多壁碳纳米管良好分散，起到协同改性作用。

所述的多壁碳纳米管直径为8-15nm，长度为10-50 μm，所述的多壁碳纳米管具有良好的力学性能，是提高聚合物强度的理想增强材料。

本发明的技术方案之二是：

一种高耐磨聚四氟乙烯复合材料的制备方法，其特征是它包括如下步骤：