[发明专利]一种聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料及其制备方法和应用，属于聚合物复合材料技术领域。本发明提供的聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料，以聚四氟乙烯乳胶粒子为核，以由第一单体、第二单体、第一引发剂、第二引发剂和水进行聚合反应得到的聚合物层为第一壳层，以及以由所述聚合物层、乙醇、水、氨水和硅源试剂进行水解缩合反应得到的二氧化硅层为第二壳层。本发明提供的聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料在不破坏C‑F分子链骨架的情况下，具有优异的自润滑特性、高化学活性和高耐磨特性。

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料技术领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)作为重要的固体润滑材料在航空、航天以及汽车等领域发挥了重要的作用。但是聚四氟乙烯的抗蠕变性和耐磨性很差，导致其在苛刻工况下的服役寿命无法满足技术要求。

中国专利CN201610058400.7公开了一种纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法，为了提高与基体的相容性，对聚四氟乙烯表面进行了紫外辐照处理。同样，为了提高聚四氟乙烯的表面活性，中国专利CN201610055057.0中采用了等离子体处理的方法，并在其表面接枝了丙烯酸，通过冷压和一系列热处理，制备出α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。可是，经过辐照和等离子体处理后的聚四氟乙烯的表面已被破坏，难免会对其自润滑性能产生影响。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供了一种聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料的表面在制备过程中不会被破坏，具有自润滑性能的同时具有高化学活性和高耐磨擦性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料，以聚四氟乙烯乳胶粒子为核，以由第一单体、第二单体、第一引发剂、第二引发剂和水进行聚合反应得到的聚合物层为第一壳层，以及以由所述聚合物层、乙醇、水、氨水和硅源试剂进行水解缩合反应得到的二氧化硅层为第二壳层。

优选地，所述硅源试剂包括正硅酸乙酯和/或正硅酸丁酯。

优选地，所述第一单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸中的一种或多种。

优选地，所述第二单体包括乙烯基三甲氧基硅烷、4-乙烯基吡啶、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。

优选地，所述聚四氟乙烯乳液的固含量为40～80％。

本发明还提供了上述技术方案所述聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在保护气氛下，将聚四氟乙烯乳液、第一单体、第二单体、第一引发剂、第二引发剂和水混合，进行聚合反应，在所述聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯乳胶粒子表面形成聚合物层；

2)将所述步骤1)得到的聚合反应产物、乙醇、水、氨水和硅源试剂混合，进行水解缩合反应，在所述聚合物层表面形成二氧化硅层，得到所述聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料。

优选地，所述聚四氟乙烯乳液、第一单体、第二单体、第一引发剂、第二引发剂和水的质量比为50～100：100～200：20～100：0.5～2：0.2～1：700～1300。

优选地，所述聚合反应产物、乙醇、水、氨水和硅源试剂的质量比为30～50：500～600：50～70：5～10：40～80。

优选地，所述聚合反应的温度为70℃，时间为4～8h。

本发明还提供了上述技术方案所述的聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料或由上述技术方案所述制备方法制得的聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料在固体润滑剂制备中的应用。