[发明专利]一种有机-无机核壳结构自润滑复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于自润滑复合材料领域，尤其涉及一种有机‑无机核壳结构复合材料及其制备方法。其中，复合材料由核壳结构微纳米粒子组成，微纳米粒子的芯材为PTFE，壳材为无机氧化物。本发明方法工艺简单，操作简易，且在制备的复合材料内，无机骨架提供强度和刚性,有机相PTFE提供韧性和柔性,两相在微纳米尺度的复合以及核壳结构特殊的包裹作用，能有效地解决传统PTFE复合材料存在的增强相分散不均且两相界面作用力弱的问题，在自润滑材料领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于自润滑复合材料领域，尤其涉及一种有机-无机核壳结构复合材料及其制备方法。

背景技术

核壳结构粒子不仅兼具核与壳两种组分的优势,且核壳结构的形成和核壳界面的多样性体现出与简单共混物或共聚物截然不同的特殊性能，能在粒子组成、尺度大小上实现调控，核壳结构材料具有组成种类多、形貌多样、组分间协同效应等特点。核壳结构纳米粒子在提高工程材料力学性能方面发挥着重要作用。将刚性纳米粒子加入聚合物基质中可以提高其强度和韧性，因为纳米粒子在外力作用下能够承受较大的塑性变形。由于高表面能，纳米粒子之间容易团聚，而有机壳材可以改善纳米颗粒在基体中的分散性、增强填料与基体之间的界面结合力。除了机械性能外，通过构建核壳结构纳米填料是提高聚合物复合材料润滑性能的一种有效途径，这是由于增强了基体-填料界面的附着力以及填料在复合材料中的分散性。金属包覆六方氮化硼纳米填料能在一定程度上改善陶瓷复合材料的力学性能和润滑性能。

目前为止，关于PTFE核壳结构改性的研究主要集中在以PTFE为核，以聚合物(聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))为壳的微纳米粒子合成上。然而，PMMA或PS的热稳定性较差，严重制约了复合材料的使用范围。本发明提供的一种有机无机核壳结构复合材料及其制备方法，将在提高PTFE力学性能和摩擦学性能的同时，提高复合材料的热稳定性，最终实现复合材料综合性能的增强。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种有机-无机核壳结构复合材料及其制备方法，利用机械性能、热稳定性优异的无机材料和润滑性能优异的PTFE材料，以核壳结构形式将两种各具特点的材料组合，并构建有机无机核壳结构复合材料。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种有机-无机核壳结构自润滑复合材料及其制备方法。

根据本发明的一个实施方案，提供一种有机-无机核壳结构自润滑复合材料，其中，复合材料由核壳结构微纳米粒子组成，微纳米粒子的芯材为PTFE，壳材为无机氧化物。

一种实施方式为，其中，芯材PTFE粒子的粒径为100nm-10μm。

一种实施方式为，其中，无机氧化物为CeO₂、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、MgO、ZnO、SnO₂及它们的复合氧化物中的一种或多种组成。

一种实施方式为，其中，微纳米粒子中，核壳质量比为0.1-10。

根据本发明的第二方面，提供一种核壳结构微纳米粒子制备方法，其包括：制备聚四氟乙烯分散液，之后依次加入壳材前驱体和沉淀剂，在一定温度下反应后，经抽滤、洗涤、干燥得到产物。

一种实施方式为，其中，沉淀剂为氨水、尿素、六亚甲基四胺、碳酸氢钠中的一种或几种。

一种实施方式为，其中，反应温度为25-200℃，反应时间为0.5-24h。

根据本发明的第三方面，提供一种所述的自润滑复合材料的制备方法，其采用上述制备的核壳结构微纳米粒子成型后制得，复合材料成型方法为冷压烧结或等离子体烧结。