[发明专利]纳米粒子填充PTFE复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高性能纳米粒子填充PTFE复合材料的方法，用以制备高力学性能，高耐磨性能，低摩擦系数的PTFE工程材料，用在机械承载，摩擦磨损，密封润滑等工业领域。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)树脂具有优异的耐高低温、耐腐蚀、耐老化、高绝缘、不黏等性能，但由于其尺寸稳定性差、导热性能差、蠕变大、硬度低，尤其是在载荷下易磨损，使它在机械承载、摩擦磨损和密封润滑等领域的应用受到限制。因此为了拓展PTFE的应用领域，需要对其填充改性，即利用填充粒子硬度大、耐磨、尺寸稳定、导热性好等优点来改善PTFE的缺陷。常用的填充粒子包括玻璃纤维，碳纤维，青铜粉，石墨，炭黑，各种陶瓷粉以及一些耐高温有机物等(钱知勉，包永忠.氟塑料加工与应用，北京：化学工业出版社，2010：181-182)。目前，纳米粒子由于具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，正逐渐引起人们的注意，被用来填充PTFE树脂，制备高性能的PTFE复合材料(Burris D，Sawyer W.“Improved wear resistance in alumina-PTFE nanocomposites with irregular shaped nanoparticles”.Wear，2006，260：915；Blanchet T，Kandanur S.Schadler L.“Coupled effect of filler content and countersurface roughness on PTFE nanocomposite wear resistance”.Tribol Lett，2010，40：11；Li F.Hu K-a，Li J-l，Zhao B-y.“The friction and wear characteristics of nanometer ZnO filled polytetrafluoroethylene”.Wear，2002，249：877；顾红艳何春霞.“表面处理纳米Si₃N₄/PTFE复合材料的力学与摩擦性能”.润滑与密封，2009，34(11)：40)。但纳米粒子表面能高，容易团聚，并与PTFE相容性不好，难以分散均匀，影响了其纳米效应的发挥。为了解决这个问题，人们常使用有机偶联剂对纳米粒子表面进行改性(薛茹君，吴玉程.“硅烷偶联剂表面修饰纳米氧化铝”.应用化学，2007，24(11)：1236-1239；尹世清，仝新生，苍会生，陈尔凡.“纳米CaCO₃改性氟树脂涂料”，涂料工业，2008，38(3)：7-8)。改性后的纳米粒子其表面附有有机小分子，能阻碍粒子与粒子之间相互接触，从而减少了聚集，另外，纳米粒子经改性后，表面能降低，能增加其与PTFE的相容性，使两相混合更加均匀。在混合PTFE和纳米粒子过程中，人们常用干混法来进行，但在干混过程中，随着搅拌时产生热量，温度升高，PTFE会发生结团，使混合不均匀，于是人们又开始借助气流粉碎机来打破结团，试图提高混合均匀度，但气流粉碎机在使用过程中会使纳米粒子丢失、浪费(Sawyer W，Freudenberg K，Bhimaraj P，Schadler L. “A study on the friction and wear behavior of PTFE filled with alumina nanoparticles”，wear，2003，254：573-580)，造成最终复合材料里的纳米粒子含量低于预期值，达不到应有的效果。

因此，为了制备出高性能的纳米粒子填充PTFE复合材料，寻找出一种能使PTFE和纳米粒子混合均匀的方法非常重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纳米粒子填充PTFE复合材料的制备方法，采用该方法制备的纳米粒子填充PTFE复合材料具有力学性能高、耐磨性能高、摩擦系数低等特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种纳米粒子填充PTFE复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、使用偶联剂对纳米粒子进行表面改性：

在纳米粒子中加入偶联剂均匀搅拌，偶联剂与纳米粒子重量比为0.01％-20％；得改性后纳米粒子；

2)、聚四氟乙烯(PTFE)和改性后纳米粒子进行粗混，得预混合粉体；改性后纳米粒子在预混合粉体中的重量含量为0.1％～50％；