一種聚四氟乙烯耐磨材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請屬于聚四氟乙烯制備領(lǐng)域，尤其涉及一種聚四氟乙烯耐磨材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚四氟乙稀(Polytetrafluoroethylene，一般稱作“不粘涂層”或“易潔鑊物料”;是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦系數(shù)極低，所以可作潤滑作用之余，亦成為了易潔鑊和水管內(nèi)層的理想涂料。聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大，低的為數(shù)十萬，高的達一千萬以上，一般為數(shù)百萬(聚合度在10~4數(shù)量級，而聚乙烯僅在10~3)。一般結(jié)晶度為90?95%，熔融溫度為327?342°C。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19°C時，形成13/6螺旋；在19°C發(fā)生相變，分子稍微解開，形成15/7螺旋。聚四氟乙烯具有極高的耐化學(xué)腐蝕性能，例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無變化，也幾乎不溶于絕大多數(shù)的溶劑，只在300°C以上稍溶于全烷烴(約0.lg/100g)。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，對氧、紫外線均極穩(wěn)定，所以具有優(yōu)異的耐候性。聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進行的，用以分散反應(yīng)熱，并便于控制溫度。聚合一般在40?80°C，3?26千克力/厘米2壓力下進行，可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發(fā)劑，也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑，例如全氟辛酸或其鹽類。
[0003]聚四氟乙烯被稱“塑料王”，氟樹脂之父羅伊?普朗克特1936年在美國杜邦公司開始研宄氟利昂的代用品，他們收集了部分四氟乙烯儲存于鋼瓶中，準備第二天進行下一步的實驗，可是當(dāng)?shù)诙齑蜷_鋼瓶減壓閥后，卻沒有氣體溢出，他們以為是漏氣，可是將鋼瓶稱量時，發(fā)現(xiàn)鋼瓶并沒有減重。他們鋸開了鋼瓶，發(fā)現(xiàn)了大量的白色粉末，這是聚四氟乙烯。聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能:耐高溫一長期使用溫度200~260度，耐低溫一在-100度時仍柔軟；耐腐蝕一能耐王水和一切有機溶劑；耐氣候一塑料中最佳的老化壽命；高潤滑一具有塑料中最小的摩擦系數(shù)(0.04);不粘性一具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)；無毒害一具有生理惰性；優(yōu)異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料，報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓；比冰還要光滑。聚四氟乙烯材料，廣泛應(yīng)用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機械、化學(xué)工業(yè)等重要部門。產(chǎn)品:聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結(jié)構(gòu)式為:CF3(CF2CF2)nCF3。20世紀30年代末期發(fā)現(xiàn)，40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。性質(zhì)聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大，低的為數(shù)十萬，高的達一千萬以上。雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol，但聚四氟乙烯解聚生成Imol四氟乙稀僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時，聚四氟乙稀主要解聚為四氟乙稀。聚四氟乙烯在260、370和420°C時的失重速率(％)每小時分別為1X10-4.4X10-3和9X10-2。可見，聚四氟乙烯可在260°C長期使用。由于高溫裂解時還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟異丁烯等，所以要特別注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火。粉狀樹脂常采用粉末冶金法成型，使用燒結(jié)方法。燒結(jié)溫度360-375度，不可超過410度。乳液樹脂通常用冷擠出再燒結(jié)的工藝加工，可在物品表面形成防腐層。如需要求制品透明性，韌性好，應(yīng)采取快速冷卻。也可采取擠壓成型，可以擠出管、棒、型材。聚四氟乙烯在原子能、國防、航天、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建筑、紡織、金屬表面處理、制藥、醫(yī)療、紡織、食品、冶金冶煉等工業(yè)中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘涂層等，，使之成為不可取代的產(chǎn)品。聚四氟乙烯具有杰出的優(yōu)良綜合性能，耐高溫，耐腐蝕、不粘、自潤滑、優(yōu)良的介電性能、很低的摩擦系數(shù)。用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等，一般應(yīng)用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。在PTFE中加入任何可以承受PTFE燒結(jié)溫度的填充劑，機械性能可獲得大大的改善，同時保持PTFE其它優(yōu)良性能。填充的品種有玻璃纖維、金屬、金屬化氧化物、石墨、二硫化鉬、碳纖纖、聚酰亞胺、EKONOL...等，耐磨耗、極限PV值可提高1000倍。
[0004]中文商品名“特氟隆”(teflon)、“特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。它是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，其結(jié)構(gòu)簡式為_[-CF2-CF2-]n-，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，除熔融堿金屬、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，能耐其它一切化學(xué)藥品，在王水中煮沸也不起變化，廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的場合。有密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力、耐溫優(yōu)異(能在+250°C至_180°C的溫度下長期工作)。聚四氟乙烯本身對人沒有毒性。聚四氟乙烯受載時容易出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，是典型的具有冷流性的塑料。PTFE的蠕變隨壓縮應(yīng)力、溫度和結(jié)晶度的不同而異，溫度越高則蠕變越大。PTFE的結(jié)晶度在55% — 80%之間，蠕變量不超過2%;當(dāng)結(jié)晶度在55%以下和80%以上時，蠕變量迅速增大。聚四氟乙烯力學(xué)性能方面優(yōu)異的特性是摩擦因數(shù)小，在0.01 — 0.10之間，在現(xiàn)有塑料材料，乃至所有工程材料中最小。PTFE的摩擦因數(shù)隨滑動速率的增大而增大，當(dāng)線速度達到0.5 — 1.0m/s以上時趨于穩(wěn)定；而且靜摩擦因數(shù)小于動摩擦因數(shù)，將這種特性用于軸承制造，可減小其起動阻力，使之從起動到運轉(zhuǎn)都十分平穩(wěn)。PTFE的摩擦因數(shù)隨隨載荷增加而減小，當(dāng)載荷達到0.8 MPa以上時趨于恒定。在高速、高載荷下，PTFE的摩擦因數(shù)低于0.01。從超低溫到PTFE熔點，其摩擦因數(shù)幾乎不變，只有在表面溫度高于熔點時，摩擦因數(shù)為才急劇增大。聚四氟乙烯管材選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂經(jīng)柱塞擠壓加工制成。在已知塑料中聚四氟乙烯具有最好的耐化學(xué)腐蝕性能及介電性能。聚四氟乙烯編織盤根是一種良好的動密封材料，是由膨體聚四氯乙烯帶條編織而成，具有低摩擦系數(shù)、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、密封性良好、不水解、不變硬等優(yōu)良性能。用于各種介質(zhì)中工作的襯墊密封件和潤滑材料，以及在各種頻率下使用的電絕緣件、電容器介質(zhì)、導(dǎo)線絕緣、電器儀表絕緣等。聚四氟乙烯薄膜適用于作電容器介質(zhì)、特種電纜的絕緣層、導(dǎo)線絕緣、電器儀表絕緣及密封襯墊，還可做不粘帶、密封帶、脫模、密封圈等。此外，生活中用的不粘鍋的內(nèi)襯也使用聚四氟乙烯制作的，就是利用了聚四氟乙烯耐高溫，不粘的特點。
[0005]它的產(chǎn)生解決了化工、石油、制藥等領(lǐng)域的許多問題。聚四氟乙烯密封件、墊圈、墊片.聚四氟乙烯密封件、墊片、密封墊圈是選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂模塑加工制成。聚四氟乙烯與其他塑料相比具有耐化學(xué)腐蝕的特點，它已被廣泛地應(yīng)用作為密封材料和填充材料。分散液可用作各種材料的絕緣浸漬液和金屬、玻璃、陶器表面的防腐涂層等。各種聚四氟圈、聚四氟墊片、聚四氟盤根等廣泛用于各類防腐管道法蘭密封。此外，也可以用于抽絲，聚四氟乙烯纖維一一氟綸(國外商品名為特氟綸)。而隨著人性化理念的普及，及新型和諧社會的構(gòu)成，設(shè)計一種磨耗量低、拉伸強度高和斷裂伸長率高的聚四氟乙烯耐磨材料及其制備方法是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]解決的技術(shù)問題:
本申請針對上述技術(shù)問題，提供一種聚四氟乙烯耐磨材料及其制備方法，解決現(xiàn)有聚四氟乙烯磨耗量高、拉伸強度低和斷裂伸長率低等技術(shù)問題。
[0007]技術(shù)方案:
一種聚四氟乙烯耐磨材料，所述聚四氟乙烯耐磨材料的原料按重量份數(shù)配比如下:聚四氟乙烯100份；三氧化二鋁3-7份；青銅粉20-40份；二氧化硅1.5-5.5份；玻璃纖維10-30份；LCP15-35份；偶聯(lián)劑4-16份;石墨4-6份;二硫化鉬5-25份；GF為10-20份；阻燃劑0.1-2份；UHMWPA為5-25份；POM為40-60份；PC15_25份；納米二氧化鈦為2_8份。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述聚四氟乙烯耐磨材料的原料按重量份數(shù)配比如下:聚四氟乙烯100份；三氧化二鋁4-6份；青銅粉25-35份；二氧化硅2.5-4.5份；玻璃纖維15-25份；LCP20-30份；偶聯(lián)劑6-12份;石墨4.5-5.5份;二硫化鉬10-20份；GF為
14-16 份;阻燃齊IJ 0.5-1.5 份；UHMWPA 為 10-20 份；POM 為 45-55 份；PC18_22 份；納米二氧化鈦為3-7份。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述聚四氟乙烯耐磨材料的原料按重量份數(shù)配比如下:聚四氟乙烯100份；三氧化二鋁5份；青銅粉30份；二氧化硅3.5份；玻璃纖維20份；LCP25份；偶聯(lián)劑10份；石墨5份；二硫化鉬15份；GF為15份；阻燃劑I份；UHMWPA為15份；POM為50份；PC20份；納米二氧化鈦為5份。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述偶聯(lián)劑采用偶聯(lián)劑KH-550或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述阻燃劑采用聚磷酸銨或三氧化二銻。
[0012]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述聚四氟乙烯耐磨材料的制備方法，包括如下步驟:
第一步:按照重量份數(shù)配比稱取聚四氟乙烯、三氧化二鋁、青銅粉、二氧化硅、玻璃纖維、LCP、偶聯(lián)劑、石墨、二硫化鉬、GF、阻燃劑、UHMWPA, POM為、PC和納米二氧化鈦；
第二步:將聚四氟乙烯、三氧化二鋁、青銅粉、二氧化硅和玻璃纖維投入反應(yīng)釜中加熱至 50-70°C，攪拌 20-40min，攪拌速度 100_200r/min ；
第三步:加入剩余原料，升溫至70-90°C，攪拌30-50min，攪拌速度200_400r/min ；第四步:將混