[发明专利]聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料及其制备的技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术

在各种自润滑工程塑料中，聚四氟乙烯(PTFE)具有突出的抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，同时还具有耐高温、高润滑不粘性、优良的电绝缘性和密封性、良好的抗老化能力、极低的摩擦系数，是一类很有潜力的密封材料和填充材料。但是通常情况下，纯PTFE的磨损率较大、冷流现象严重，试验表明，PTFE十分不耐磨损，在长时间连续载荷作用下发生塑性变形，蠕变现象明显，且PTFE的线膨胀系数为钢的10～20倍，比多数塑料大，其线膨胀系数随着温度的变化而发生很不规律的变化，不适宜单独使用。因此在实际使用过程中，通常与其它材料复合来提高PTFE的尺寸稳定性。

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，具有多种类型。其中的酚酞型聚酰亚胺，采用酚酞单体、双硝基或双卤代酰亚胺单体为原料，通过芳香亲核取代反应合成酚酞型聚酰亚胺。酚酞为大宗商品，价格低廉，因此该酚酞型聚酰亚胺成本低、溶解性好、光学性能好，适用于工业化生产。适合注塑、挤出、模压、熔融纺丝和溶液纺丝加工，在耐高温的工程塑料、薄膜、纤维、胶粘剂、涂料以及先进复合材料等相关领域有很好的应用前景。由于其分子链中含有较多的刚性基团，抗蠕变能力强，具有良好的尺寸稳定性，且耐温达400℃以上，耐骤冷骤热，长期使用温度范围-200～300℃，可作为一种综合性能优异的填充材料。

目前，为改善PTFE材料在连续载荷作用下的力学强度问题，可选用耐温性好，刚性高的聚合物进行填充改性。而PI具有十分稳定的芳香结构单元，较小的线膨胀系数，良好的抗蠕变能力及耐化学性，且在高温、高压和高速等苛刻环境下具有优异的减磨抗磨性能等特点，因此可作为PTFE基自润滑复合材料的优选填料之一。同时，酚酞型PI具有较好的耐温性能(Tg≥270℃)，满足PTFE材料的常规使用温度(250℃)要求。但目前对PI填充改性PTFE基复合材料的研究报道很少，只在国外一些公司的产品数据中有所报道。一般改性PTFE复合材料的拉伸强度都小于20MPa，拉伸模量都小于300MPa。如，国外公司公布的数据中，德国Ensinger公司添加10％PI的PTFE/PI复合材料的拉伸强度仅为15MPa；日本Asahi Glass公司添加15％PI的PTFE/PI复合材料的拉伸强度为14.3MPa；美国3M公司添加10％PI的PTFE/PI复合材料的拉伸强度为18.6MPa，但拉伸模量仅为96.5MPa。

发明内容

本发明提供了一种聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合材料，利用具有特殊结构的酚酞型聚酰亚胺对聚四氟乙烯进行改性，获得了具有较好拉伸强度和拉伸模量、尺寸稳定的复合材料，且改善了聚四氟乙烯刚性差，易冷流的问题。该制备方法简单环保、适合于工业化生产。

一种聚四氟乙烯/聚酰亚胺复合材料，按质量百分比计，原料组成为：

聚四氟乙烯 79～94％；

酚酞型聚酰亚胺 5～20％；

加工助剂 0～1％；

所述酚酞型聚酰亚胺的结构式如下式(Ⅰ)所示：

式中，n为正整数，Ar为碳数为6～30的芳香基团。

作为优选，所述的-Ar-选自以下基团中的一种或几种：

作为优选，所述聚四氟乙烯的平均粒径为10～35μm，体积密度为240～500g/L。如，可选用美国3M的TF1705、美国杜邦的Teflon PTFE-7C、浙江巨化股份有限公司的JF-G25、美国苏威的日本旭硝子的G190或日本大金的M12等等，进一步优选为美国杜邦公司的Teflon PTFE-7C和浙江巨化股份有限公司的JF-G25。最优选为浙江巨化股份有限公司的JF-G25。

作为优选，所述的加工助剂包括热稳定剂、润滑剂、紫外光吸收剂中的至少一种。进一步优选，所述的加工助剂为润滑剂，如季戊四醇硬脂酸酯。

进一步优选，按质量百分比计，原料组成为：

聚四氟乙烯 82～90％；

酚酞型聚酰亚胺 10～17％；

加工助剂 0～1％；

所述的酚酞型聚酰亚胺中的-Ar-选自以下基团中的一种或几种：

所述的聚四氟乙烯选自美国杜邦公司的Teflon PTFE-7C或浙江巨化股份有限公司的JF-G25。

再进一步优选，原料组成中酚酞型聚酰亚胺的专利百分比为15％。