[发明专利]聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物纳米复合材料技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法。

背景技术

酚醛树脂（PF）是传统的摩擦材料基体树脂，因其具有良好的耐温性、耐化学腐蚀性、良好的机械性能和加工工艺性而被广泛应用于飞机和航空领域、军事装备领域、汽车及运输业、建筑业等领域。但随着应用领域的扩展和对产品性能要求的不断提高，传统的酚醛树脂已不能完全适应不断发展的要求，必须在原有优异性能的基础上，进一步提高酚醛树脂的耐磨性，这就需要对酚醛树脂进行改性。

随着纳米科技的飞速发展，纳米粒子改性高分子耐磨材料的研究是当前材料摩擦学领域研究的热点。纳米粒子由于粒子尺寸小、表面活性大，少量添加（约常规粒子用量的十分之一）即可改进高分子材料的摩擦磨损性能。在摩擦过程中，纳米粒子一方面可以嵌入对磨面的不平整处，使对磨面易于生成平整的转移膜，并不断地抛光对磨的金属表面，减少对基体材料的刨削磨损；另一方面在载荷的作用下，纳米粒子容易被压入基体材料中，不易脱落，因而减少磨粒磨损的可能性，同时表面层纳米粒子承担了大部分载荷，减轻了局部区域所受到的摩擦应力，有效地减轻磨损。但是由于纳米粒子与聚合物的化学结构和物理状态相差甚大，纳米粒子由于具有较大的比表面积和较高的表面能而极易发生团聚，故难以实现理想的纳米级均匀分散的纳米复合材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种具有良好分散性的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法，解决纳米粒子在酚醛树脂基体中的分散问题，实现该复合材料纳米尺度上的复合，从而使之具有较好的力学及摩擦磨损性能。

为实现上述目的，本发明通过原位聚合的方法，获得具有较好分散性的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂复合材料。聚四氟乙烯纳米粒子提高了材料的力学性能以及摩擦磨损性能，从而拓宽了酚醛树脂的使用范围。

本发明提供的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂复合材料，由酚醛树脂和聚四氟乙烯纳米粒子通过原位聚合的方法获得，各组分的重量百分比为：

酚醛树脂                              93～99.9wt%

聚四氟乙烯纳米粒子                    0.1～7wt%

本发明中，所述的酚醛树脂为由前驱物酚类化合物和醛类化合物在碱催化剂作用下反应聚合而获得的热固性酚醛树脂。

本发明中，所述的酚类化合物可选自苯酚、双酚A。

本发明中，所述的醛类化合物可选自甲醛、糠醛。

本发明中，所述的催化剂可选自氨水、氢氧化钡、碳酸钠、氢氧化钠等碱性催化剂。

本发明中，所述的聚四氟乙烯纳米粒子为接枝和未接枝的聚四氟乙烯纳米粒子，优选辐射接枝了甲基丙烯酸的聚四氟乙烯纳米粒子。纳米粒子尺寸为20～80nm。

本发明提出的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂的制备方法如下：

（1）称取适量酚类化合物，搅拌并加热至回流状态；按酚类和醛类化合物纯物质总量的2～5wt%称取催化剂，加入到上述酚类化合物溶液中；按m（酚类化合物）:n（醛类化合物）= 1:1.1～1.5的比例称取适量的醛类化合物，并加入上述溶液中，使反应温度保持在75～95℃，反应进行60～90min后，将复合材料总量0.1～7wt%的聚四氟乙烯纳米粒子加入到上述溶液中，继续搅拌，直至观察到有水明显分层；

（2）在0.4～0.8Mpa下抽真空，除去水及游离酚，再将合成产品放到真空烘箱中，50～70℃条件下烘干，粉碎，得到粉末状的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂。

上述制备好的粉末状的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂粉末采用模压成型法成型，具体步骤如下：将粉末置于模具内，在8～10MPa的压力条件下，升温至100～120℃，再将压力加至20～25MPa，恒温保压12～18min；继续升温至160～180℃，恒温保压30～60min，之后自然降温。当温度降到110～130℃时，卸模，即得到成型的聚四氟乙烯纳米粒子改性酚醛树脂复合材料。

本发明材料的基本性能如下：

表1