CN101177516A

CN101177516A - 高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法

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Publication number: CN101177516A
Application number: CNA2006101234149A
Authority: CN
Inventors: 丁永津
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-14

Abstract

本发明公开了一种高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，它主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂及有机溶剂反应聚合而成的具有核壳结构的复合材料，其中核部分聚四氟乙烯微粒含量为50％－80％，壳体部分占20％－50％；其原料组分重量比为，PTFE微粉(粒度为30目－300目)1％－35％、水45％－70％、单体1％－30％、引发剂0.1％－1％(占单体量)、分散剂0.2％－4％、稳定剂0－0.5％、表面活性剂0.2％－2％及少量有机溶剂。其制备方法包括如下步骤，①混合反应聚合；②清洗；③脱水干燥；④过筛；⑤包装。本发明方法生产的PTFE复合材料具有高耐磨性等优点。

Description

高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料改性领域的技术，具体涉及一种具有高耐磨性能的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)因其优异的化学稳定性、耐高温性、抗紫外辐射，以及低的摩擦系数，在许多领域中得到广泛的应用，它甚至可以应用在苛刻物理化学环境及其他条件下，但由于PTFE的Tg(玻璃化温度)比较低，熔点高，公知的这一重要聚合物难以加工，一般以模塑成型为主，在挤塑注塑中应用困难，这就大大限制了它的应用。如果能提高材料表面的Tg，对于塑料的共混使用，可以大大提高他们之间的相容性，分散性，耐磨性能以及其他方面的性能。目前，PTFE表面改性技术，有物理方法和化学方法，不论物理方法还是化学方法都有着多种的实施方式。如将PTFE粉末与SAN树脂粉混合，用SAN树脂对PTFE进行表面包覆，这是物理方法，还有如申请号为200510095700.4，申请日为2005年11月24日，发明名称为高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法的专利申请，所述高耐磨性聚四氟乙烯复合材料由聚四氟乙烯和聚丙烯腈粉末混合后，经压制成型、高温烧结形成，其中聚四氟乙烯粉末的粒度为30m-200m，含量为50％-70％；聚丙烯腈粉末的粒度为30m-100m，含量为30％-50％。其组分中可选择添加金属及金属氧化物、非金属氧化物、碳化物和其他纤维类填充物等，以增强其相应的性能。此专利就是采用PTFE粉末与聚丙烯腈粉末混合制备，另外添加金属及金属氧化物等，它一定程度上提高了PTFE的分散性和耐磨性，但其中金属粒子与PTFE缺乏相容性，容易产生相分离，而且会对磨面产生磨损，使材料的摩擦系数增加，另外物理方法还存在生产成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述之不足，提供一种高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料，同时提供制备该聚四氟乙烯复合材料的方法，它具有生产成本低、周期短、生产效率高、能耗低、使用范围广等优点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的：

本发明高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，是一种化学改性的聚四氟乙烯微粒，其特征在于，它是主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂及适量有机溶剂在一定条件下反应聚合而成的，具有核壳结构的复合材料，其原料组分重量比为：

PTFE微粉(粒度为30目-300目) 1％-35％

水 45％-70％

单体 1％-30％

引发剂 0.1％-1％(占单体量)

分散剂 0.2％-4％

稳定剂 0-0.5％

表面活性剂 0.2％-2％

所述组分中还可加入金属及金属氧化物粉末，例如，铜、铜合金、铁粉末，三氧化二铝，二氧化钛，氧化锌等，其粒度为10目-100目。

所述组分中还可加入非金属氧化物粉末，如碳化物粉末，例如，二氧化硅、碳化硅粉末等，其粒度为10目-100目。

所述组分中还可加入其他纤维类的填充物，例如，玻璃纤维、碳纤维等，其粒度为8目-50目。

上述加入的金属或金属氧化物粉末、非金属氧化物粉末、纤维类填充物的含量总量为核壳结构复合材料的0-5％。

该复合材料的粒径可为10目-150目，其中核部分聚四氟乙烯微粒含量为50％-80％，壳体部分占20％-50％。

所述单体可以是甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、α-丙烯酸甲酯、氯乙烯中的一种或组合。

所述引发剂为BPO(过氧化二苯甲酰)、过氧化十二酰、AIBN(偶氮二异丁腈)、H₂O₂、ABVN(偶氮二异庚腈)、EHP(过氧化二碳酸二乙基酯)中的一种或多种复合，以及采用氧化还原体系的引发剂，如过氧化氢-亚铁盐，它可将聚合温度降低。

所述分散剂为，无机类：滑石粉、活性磷酸钙、云母粉、硬脂酸锌、超细碳酸钙、硫酸钡；有机类：N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠、肥皂、脂肪酸、硬脂酸钠、亚甲基二萘二磺酸钠、磺酸盐、苯乙烯-马来酸酐共聚钠盐等其中的一种或多种复合。

所述稳定剂是指胶体的一种，起保护胶体的作用，可以帮助控制聚合反应，防止爆聚出现，一般为纤维素类或PVA(聚乙烯醇)溶胶、明胶。

所述表面活性剂主要起润湿和消泡的作用，可以是一种或多种复合，一般为NP系列、如OP-10等。

所述有机溶剂为甲苯、丁酯、二甲苯、异丙醇或脂肪烃等。

本发明的制备方法为，①混合反应聚合：将上述原料混料均匀，高速分散下开始升温加热，升温到70℃-95℃，控温搅拌至聚合反应结束；②清洗；③脱水干燥；④过筛；⑤包装。

上述步骤1中以5℃-10℃/min的速度升温。

采用上述配方组份的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，优点在于，本发明采用化学方法对PTFE进行表面改性，所制得的产品中，相比物理方法，PTFE的分布更加均匀，利用悬浮法能更好地对每一个微细聚四氟乙烯的微粒，进行表面的包覆，更加能够改善PTFE与各种塑料之间的相容性和分散性，以及在塑料共混中具有良好的流动性，使得本聚四氟乙烯复合材料与纯聚四氟乙烯相比，分散性，相容性，耐磨性能都大大提高了，而且还提高了耐热性和高温力学性能，制造工艺简单，生产成本低，它可作为塑料合金材料，防腐材料、密封材料和耐磨材料，适用加工、耐磨、摩擦系数小，耐高温耐化学品的密封圈、轴承、衬套、阀门、管道等。

具体实施方式

实施例1

本发明高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂等在一定条件下反应聚合而成的，具有核壳结构的复合材料，其组分重量比为：PTFE微粉(粒度为30目-300目)30％、水50％、单体16％、引发剂为单体的0.5％、分散剂2％、稳定剂0.1％、表面活性剂2％及少量有机溶剂；所述单体采用甲基丙烯酸甲酯，所述引发剂为ABVN(偶氮二异庚腈)，所述分散剂为滑石粉和苯乙烯-马来酸酐共聚钠盐，所述稳定剂采用PVA溶胶，表面活性剂为OP-10或市场采购的复合活性剂JY-371，有机溶剂为甲苯、异丙醇。

制备方法步骤为，依次将上述原料混合，首先将水和表面活性剂混合均匀，并在搅拌下加入PTFE微粉混合搅拌，再将单体和ABVN(偶氮二异庚腈)加入反应釜中，加入分散剂、稳定剂升温反应，加热到90℃，反应6h，反应完毕，降温到50℃下放料，清洗，离心脱水，然后干燥即可过筛包装。

所述核壳结构的复合材料中，核部分聚四氟乙烯微粒含量为65％，壳体部分占35％。该复合材料的粒径为10目-150目。

上述引发剂还可采用氧化还原体系的引发剂，如过氧化氢-亚铁盐，它可将聚合温度降低。

实施例2

它主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂等在一定条件下反应聚合而成的，具有核壳结构的复合材料，其组分重量比为：PTFE微粉(粒度为30目-300目)25％、水54％、单体17％、引发剂为单体的0.8％、分散剂1％、稳定剂0.1％、表面活性剂1.8％；组分中还可加入金属及金属氧化物粉末-铁粉末，其粒度为10目-100目，含量为核壳结构复合材料的1％；非金属氧化物粉末碳化物粉末-碳化硅粉末，其粒度为10目-100目，含量为核壳结构复合材料的1％。所述单体采用苯乙烯和丙烯腈，所述引发剂为BPO(过氧化二苯甲酰)，所述分散剂为活性磷酸钙，所述稳定剂采用PVA，表面活性剂为NP-10以及适量的消泡剂。将上述原料充分搅拌混合均匀后，加热升温，当温度到50℃时，可将另一半的分散剂加入，当温度升到85℃-95℃时，反应5h，反应完毕，降温到50℃出料，再清洗、离心脱水、干燥过筛、包装即可。所述核壳结构的复合材料中，核部分61％，其中聚四氟乙烯微粒含量为57％，壳体部分占39％。该复合材料的粒径为10目-150目。

上述组分中还可加入其他纤维类的填充物，例如，玻璃纤维、碳纤维等，其粒度为8目-50目，含量为核壳结构复合材料的0-5％。

经检测，以上实施例所得到的材料与纯聚四氟乙烯相比，其耐磨性能大幅度提高，耐温可达300℃，同时可使产品成本降低。

在实际应用中，可根据产品需要选择单体或其它填充材料，以增强其应用的性能，满足实际使用的要求。

Claims

1.一种高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，它主要由聚四氟乙烯、单体、引发剂及少量有机溶剂反应聚合而成的具有核壳结构的复合材料，其原料包括如下组分(重量比)：

聚四氟乙烯(PTFE)微粉(粒度为30目-300目) 1％-35％

水 45％-70％

单体 1％-30％

引发剂 0.1％-1％(占单体量)

分散剂 0.2％-4％

稳定剂 0-0.5％

表面活性剂 0.2％-2％。

2.根据权利要求1所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述原料组分中加入有金属及金属氧化物粉末，其粒度为10目-100目，含量为核壳结构复合材料的0-5％；

非金属氧化物粉末，如碳化物粉末，其粒度为10目-100目，含量为核壳结构复合材料的0-5％；

其他纤维类的填充物，如玻璃纤维、碳纤维，其粒度为8目-50目，含量为核壳结构复合材料的0-5％；

上述添加物含量总量占核壳结构复合材料的不超过5％。

3.根据权利要求1所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，该复合材料的粒径为10目-150目，其中核部分聚四氟乙烯(PTFE)微粒含量为50％-80％，壳体部分占20％-50％。

4.根据权利要求1所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述单体是甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、α-丙烯酸甲酯、氯乙烯中的一种或组合；

所述引发剂为BPO(过氧化二苯甲酰)、过氧化十二酰、AIBN(偶氮二异丁腈)、H₂O₂、ABVN(偶氮二异庚腈)、EHP(过氧化二碳酸二乙基酯)中的一种或多种复合，以及采用氧化还原体系的引发剂，如过氧化氢-亚铁盐；

所述分散剂为，无机类：滑石粉、活性磷酸钙、云母粉、硬脂酸锌、超细碳酸钙、硫酸钡；有机类：N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠、肥皂、脂肪酸、硬脂酸钠、亚甲基二萘二磺酸钠、磺酸盐、苯乙烯-马来酸酐共聚钠盐其中的一种或多种复合；

所述稳定剂为纤维素类及PVA溶胶、明胶；

所述表面活性剂为润湿剂和消泡剂；

所述有机溶剂为甲苯、丁酯、二甲苯、异丙醇。

5.一种制备权利要求1-4任一项所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料的方法，其特征在于：它包括如下步骤，①混合反应聚合：将上述原料混料均匀，高速分散下开始升温加热，升温到70℃-95℃，控温搅拌至聚合反应结束；②清洗；③脱水干燥；④过筛；⑤包装。

6.根据要求5所述的高耐磨性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：上述步骤1中以5℃-10℃/min的速度升温。