CN109929196A - 一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料及制备方法。本发明的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，按重量份计，包含以下组分：聚四氟乙烯65～75份、聚酰亚胺5～10份、聚苯酯5～10份、玻璃纤维5～8份、碳化硅3～7份、石墨烯0.5～1份、二硫化钼3～5份。本发明的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，通过调整各组分比例，使得各物料协同作用，共同降低了复合材料的磨损率，制得的复合材料具有优异的耐磨损性能、耐高温性能及良好的力学性能，而且其制备方法成熟，有利于普遍推广应用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料及制备方法。
背景技术
我国的航空航天事业正蓬勃发展，电线电缆在航空航天产品上有着特殊而重要的地位，同时，航空航天电线电缆受其使用条件和环境的制约，对其使用的材料的性能要求越来越高。
聚四氟乙烯因其优异的介电性、热稳定性和化学稳定性等性能，已成为航空航天电线电缆中不可或缺的重要材料，但是，聚四氟乙烯材料或聚四氟乙烯复合材料的耐磨损性能不佳，尤其在200℃左右高温条件下，聚四氟乙烯材料或聚四氟乙烯复合材料耐磨损性能更差。
目前，主要通过共混或填充填料的方法来提高聚四氟乙烯复合材料的耐磨损性能，虽然材料的耐磨损性有了一定程度的改善，但仍需进一步提升。
CN101696311A公开了一种轴承保持架材料及其制备方法，该材料按重量百分含量由2％～5％的二硫化钼、8％～12％的聚酰亚胺、9％～15％的聚苯酯和余量的聚四氟乙烯制成，其制备方法包括下列步骤：称取原料→混合→研磨→装入模具→加压制成坯料→烧结→加工成成品。该保持架材料具有耐高低温性、尺寸稳定性、对金属对摩面的磨蚀作用小及优良的耐摩擦磨损性。采用本发明的轴承保持架材料制成的保持架可以在无磁、环境温度变化为-196℃～+55℃、转速高达7200r/min的苛刻条件下使用，从而提高了轴承的性能。但是，在高温环境下的耐磨损性能有待进一步提高。
CN102977975A公开了一种高性能环保无油润滑材料的配方及其复合板材的制作工艺。其配方按重量百分比计为：聚酰亚胺6-12％、芳纶纤维6-12％，聚苯酯3-6％、二硫化钼6-12％、锡青铜6-12％，其余为聚四氟乙烯。无油润滑复合板材的制作工艺流程：基板上镀铜、基板上烧结无铅球形青铜粉、配粉料、高速混料、湿混、铺轧、烘干、烧结、精轧制成品板材。该发明将各原料的个体及相互融合后的互补特性，较好地发挥了原料的集约优势，在摩擦、磨损性能，抗腐蚀、抗疲劳、耐冲击性能，抗压强度、承载能力、热稳定性等物理性能方面优于含铅无油轴承中的表面耐磨层，达到高性能环保无油润滑的效果。同样，该发明的高温条件下的耐磨损性能有待进一步提高。
因此，开发一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料及制备方法，其在高温条件下耐磨损性能好，具有优良的耐高温性和力学性能。
本发明的目的之一在于提供一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，按重量份计，包含以下组分：
本发明以聚四氟乙烯为原料，聚酰亚胺、聚苯酯的加入增强了聚四氟乙烯的耐磨性能，石墨烯、二硫化钼的加入对聚四氟乙烯起到减磨作用，玻璃纤维、碳化硅起到一定的刚性支撑点作用，进一步增强了聚四氟乙烯的耐磨性能；本发明通过调整各组分的用量，各组分协同作用，共同提高了复合材料在高温条件下，尤其是200℃高温条件下的耐磨损性能，同时具有优良的耐高温性能和力学性能。
具体地，航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，按重量份计，包含以下组分：
聚四氟乙烯65～75份，例如聚四氟乙烯的重量份为65份、66份、67份、68份、69份、70份、71份、72份、73份、74份或75份等。
聚酰亚胺5～10份，例如聚酰亚胺的重量份为5份、6份、7份、8份、9份或10份等。
聚苯酯5～10份，例如聚苯酯的重量份为5份、6份、7份、8份、9份或10份等。
玻璃纤维5～8份，例如玻璃纤维的重量份为5份、6份、7份或8份等。
碳化硅3～7份，例如碳化硅的重量份为3份、4份、5份、6份或7份等。
石墨烯0.5～1份，例如石墨烯的重量份为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。
二硫化钼3～5份，例如二硫化钼的重量份为3份、4份或5份等。
本发明中，所述聚四氟乙烯为固体粉末状；优选地，所述聚四氟乙烯的粒径为25～50μm，例如聚四氟乙烯的粒径为25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm或50μm等。
本发明中，所述聚酰亚胺为固体粉末状；优选地，所述聚酰亚胺的粒径为30～60μm，例如聚酰亚胺的粒径为30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm、50μm、51μm、52μm、53μm、54μm、55μm、56μm、57μm、58μm、59μm或60μm等。
本发明中，所述聚苯酯为固体粉末状；优选地，所述聚苯酯的粒径为18～45μm，例如所述聚苯酯的粒径为18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm或45μm等。
本发明中，所述玻璃纤维的直径为15～21μm，例如所述玻璃纤维的直径为15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或21μm等；所述玻璃纤维的长径比为5.2～6.7，例如玻璃纤维的长径比为5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6或6.7等。
优选地，所述玻璃纤维经过硅烷偶联剂处理。
优选地，所述硅烷偶联剂为KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的混合物。所述混合物典型单非限制的组合为KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂的混合物，KH570硅烷偶联剂、KH550硅烷偶联剂的混合物，KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂的混合物，KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂的混合物。
优选地，所述玻璃纤维经过KH570硅烷偶联剂处理，所述KH570硅烷偶联剂占所述玻璃纤维的质量百分比为1～2％，例如所述KH570硅烷偶联剂占所述玻璃纤维的质量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％。
本发明中，所述碳化硅为纤维状，所述碳化硅的直径为10～18μm，例如碳化硅的直径为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm或18μm等；所述碳化硅的长径比为4.5～5.8，例如碳化硅的长径比为4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7或5.8等。
优选地，所述碳化硅经过硅烷偶联剂处理。
优选地，所述硅烷偶联剂为KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的混合物。所述混合物典型单非限制的组合为KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂的混合物，KH570硅烷偶联剂、KH550硅烷偶联剂的混合物，KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂的混合物，KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂的混合物。
优选地，所述碳化硅经过KH570硅烷偶联剂处理，所述KH570硅烷偶联剂占所述碳化硅的质量百分比为1～2％，例如所述KH570硅烷偶联剂占所述碳化硅的质量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％。
所述石墨烯的厚度为15～40nm，例如所述石墨烯的厚度为15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm或40nm等。
优选地，所述石墨烯经过十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
优选地，所述十二烷基苯磺酸钠占所述石墨烯的质量百分比为1～2％，例如所述十二烷基苯磺酸钠占所述石墨烯的质量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％。
其中，所述二硫化钼的粒径为30～65nm，例如二硫化钼的粒径为30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm或65nm等。
优选地，所述二硫化钼经过十二烷基苯磺酸钠处理；
优选地，所述十二烷基苯磺酸钠占所述二硫化钼的质量百分比为1～2％，例如所述十二烷基苯磺酸钠占所述二硫化钼的质量百分比1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)称重，按配比称量各组分；
2)高速混料，将各组分高速混合均匀；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀、压制，得到胚料；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料烧结，得到胚件；
5)车削，将步骤4)得到的胚件加工成薄膜胚件；
6)压延定向，将步骤5)得到的薄膜胚件压延成薄膜，得到所述航空航天电线电缆用耐磨损复合材料。
步骤1)中，称重前将各组分预先经过干燥处理；
优选地，步骤1)中，所述干燥的温度为80～100℃，例如干燥的温度为80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等；所述干燥的时间为1～2h，例如干燥的时间为1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等。
优选地，步骤2)中，所述高速混合的转速为10000～13000r/min，例如高速混合的转速为10000r/min、10500r/min、11000r/min、11500r/min、12000r/min、12500r/min或13000r/min等；所述高速混合的时间为0.5～1h，例如高速混合的时间为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h或1h等。
优选地，步骤3)中，所述冷压成型的压力为45～80MPa，例如冷压成型的压力为45MPa、50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa、75MPa或80MPa等；所述冷压成型的保压时间为10～15min，例如冷压成型的保压时间为10min、11min、12min、13min、14min或15min等。
优选地，步骤4)中，所述烧结的工艺为：先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
优选地，步骤5)中，所述薄膜胚件的尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)。
优选地，步骤6)中，所述压延是在热辊压延机上进行的，所述热辊压延机的温度为100～120℃，例如热辊压延机的温度为100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃、110℃、111℃、112℃、113℃、114℃、115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等；所述压延定向的定向度为1.4～1.65，例如压延定向的定向度为1.4、1.41、1.42、1.43、1.44、1.45、1.46、1.47、1.48、1.49、1.5、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、1.56、1.57、1.58、1.59、1.6、1.61、1.62、1.63、1.64或1.65等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，通过在聚四氟乙烯中填充聚酰亚胺、聚苯酯特种塑料、石墨烯、二硫化钼及填料玻璃纤维、碳化硅，明显提升了聚四氟乙烯材料的耐磨损性能，比常规聚四氟乙烯复合材料相比，在200℃的高温条件下磨损率从0.54×10-7cm3/Nm降至0.10～0.38×10-7cm3/Nm，下降了29～81％，摩擦系数为0.2～0.26，耐高温性能及力学性能优良，可耐345℃以上的高温而不变形，拉伸强度为27～33MPa，延伸率为283～331％。
(2)本发明的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法，工艺成熟，可重复操作性强。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯71.5份、聚酰亚胺5份、聚苯酯5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯0.5份、二硫化钼3份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以10000r/min速度混合0.5h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以60MPa压力压制，保温10min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
实施例2
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯66.5份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯0.5份、二硫化钼3份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以10000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温10min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
实施例3
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯64份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
实施例4
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯71份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维5份、碳化硅3份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
实施例5
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯64份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过2％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
实施例6
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯64份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH550硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
实施例7
本实施例的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯64份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过2％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
对比例1
本对比例采用常规聚四氟乙烯复合材料，其制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将75份聚四氟乙烯、3份二硫化钼、10份聚酰亚胺、12份聚苯酯称量配料；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以10000r/min速度混合0.5h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以60MPa压力压制，保温10min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
对比例2
本对比例的聚四氟乙烯复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯75.5份、聚酰亚胺3份、聚苯酯3份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯0.5份、二硫化钼3份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以10000r/min速度混合0.5h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以60MPa压力压制，保温10min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
对比例3
本对比例的聚四氟乙烯复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯67份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯0.2份、二硫化钼2.8份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
对比例4
本对比例的聚四氟乙烯复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯75份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维2份、碳化硅2份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
对比例5
本实施例的耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯64份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，石墨烯、二硫化钼都经过1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理，但玻璃纤维、碳化硅纤维都未经过硅烷偶联剂处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
对比例6
本实施例的耐磨损复合材料的制备方法如下：
1)称重，按重量份计，将聚四氟乙烯64份、聚酰亚胺7.5份、聚苯酯7.5份、玻璃纤维8份、碳化硅7份、石墨烯1份、二硫化钼5份称量配料，现配现用。其中，玻璃纤维、碳化硅纤维都经过1％KH570硅烷偶联剂处理，但石墨烯、二硫化钼都未经过十二烷基苯磺酸钠(SDBS)处理；
2)高速混料，将各组分加入高速混合机中，以13000r/min速度混合1h；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀，在自动压力机上以80MPa压力压制，保温15min；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料加入高温烧结炉中烧结，先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
5)车削，将步骤4)得到的胚件用专用车床加工成薄膜胚件，薄膜胚件尺寸为0.1mm×100mm×大于500mm(厚×宽×长)；
6)压延定向，将步骤5)得到的胚件经热辊压延机加工成为定向度1.4～1.65的薄膜，热辊温度100～120℃。
将实施例1-7和对比例1-6制得的聚四氟乙烯复合材料进行测试，实验结果如表1所示。其中，耐磨损性能在SRV-IV型高温摩擦磨损仪上进行干摩擦测定，参照GB/T3960-1983标准，测试温度200℃，测试压力200N，测试时间1h，测试速度1.4m/s；热变形温度根据GB/T 1634.2-2004标准测试，使用1.80MPa弯曲压力；拉伸性能根据GB/T 13022-1991标准测试，测试环境25±2℃，测试速度100mm/min。
表1
由表1可知，与对比例1相比，实施例1-7中的复合材料的磨损率低，热变形温度高，拉伸强度、延伸率良好，这说明特种塑料(聚酰亚胺、聚苯酯)、石墨烯、二硫化钼及其他填充料(玻璃纤维、碳化硅)能够协同降低聚四氟乙烯的磨损率，使得聚四氟乙烯材料的综合性能优良。
由对比例2、实施例1-2可以看出，随着特种塑料(聚酰亚胺、聚苯酯)的含量增加，聚四氟乙烯复合材料的磨损率逐渐下降，这是因为聚酰亚胺或聚苯酯本身具有优异的耐磨性能，加入到聚四乙烯材料中，能够增强聚四氟乙烯的耐磨性能。
对比例3、实施例2-3为石墨烯、二硫化钼对聚四氟乙烯性能的影响，随着石墨烯、二硫化钼含量的增加，复合材料的摩擦系数、磨损率逐渐下降，这说明石墨烯、二硫化钼对聚四氟乙烯起到减磨作用。
对比例4、实施例4及实施例3为其他填充料(玻璃纤维、碳化硅)对聚四氟乙烯性能的影响，随着玻璃纤维和碳化硅纤维含量的增加，复合材料的磨损率逐渐下降，这是因为玻璃纤维和碳化硅纤维起到一定的刚性支撑点作用，可以增强聚四氟乙烯的耐磨性能。
对比例5、实施例3及实施例5-6为硅烷偶联剂种类和用量对聚四氟乙烯性能的影响，与经过硅烷偶联剂处理的材料相比，未经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维和碳化硅纤维使得聚四氟乙烯的磨损率明显增加，拉伸性能下降。
对比例6、实施例3及实施例7为SDBS对聚四氟乙烯性能的影响，与经过SDBS处理的材料相比，未经SDBS处理的石墨烯、二硫化钼同样使得聚四氟乙烯的磨损率明显增加，拉伸性能下降，这是因为硅烷偶联剂或SDBS能够分别增强玻璃纤维、碳化硅纤维和石墨烯、二硫化钼与聚四氟乙烯的界面结合力，有助于各组分提高聚四氟乙烯复合材料的耐磨损性能。
综上所述，选用特种塑料(聚酰亚胺、聚苯酯)、石墨烯、二硫化钼及其他填充料(玻璃纤维、碳化硅)填充聚四氟乙烯材料，如实施例1-7，得到的复合材料与常规聚四氟乙烯复合材料相比，高温条件下磨损率从0.54×10-7cm3/Nm降至0.10～0.38×10-7cm3/Nm，下降了29～81％，耐高温性能及力学性能优良。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，按重量份计，包含以下组分：
2.根据权利要求1所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯为固体粉末状；
优选地，所述聚四氟乙烯的粒径为25～50μm。
3.根据权利要求1或2所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺为固体粉末状；
优选地，所述聚酰亚胺的粒径为30～60μm。
4.根据权利要求1-3之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述聚苯酯为固体粉末状；
优选地，所述聚苯酯的粒径为18～45μm。
5.根据权利要求1-4之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为15～21μm，所述玻璃纤维的长径比为5.2～6.7；
优选地，所述玻璃纤维经过硅烷偶联剂处理；
优选地，所述硅烷偶联剂为KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述玻璃纤维经过KH570硅烷偶联剂处理，所述KH570硅烷偶联剂占所述玻璃纤维的质量百分比为1～2％。
6.根据权利要求1-5之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述碳化硅为纤维状，所述碳化硅的直径为10～18μm，所述碳化硅的长径比为4.5～5.8；
优选地，所述碳化硅经过硅烷偶联剂处理；
优选地，所述硅烷偶联剂为KH570硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂和KH550硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述碳化硅经过KH570硅烷偶联剂处理，所述KH570硅烷偶联剂占所述碳化硅的质量百分比为1～2％。
7.根据权利要求1-6之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述石墨烯的厚度为15～40nm；
优选地，所述石墨烯经过十二烷基苯磺酸钠处理；
优选地，所述十二烷基苯磺酸钠占所述石墨烯的质量百分比为1～2％。
8.根据权利要求1-7之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料，其特征在于，所述二硫化钼的粒径为30～65nm；
优选地，所述二硫化钼经过十二烷基苯磺酸钠处理；
优选地，所述十二烷基苯磺酸钠占所述二硫化钼的质量百分比为1～2％。
9.一种如权利要求1-8之一所述的航空航天电线电缆用耐磨损复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)称重，按配比称量各组分；
2)高速混料，将各组分高速混合均匀；
3)预成型，采用冷压工艺法，将步骤2)得到的物料加入模具模腔内铺匀、压制，得到胚料；
4)烧结，将步骤3)得到的胚料烧结，得到胚件；
5)车削，将步骤4)得到的胚件加工成薄膜胚件；
6)压延定向，将步骤5)得到的薄膜胚件压延成薄膜，得到所述航空航天电线电缆用耐磨损复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，称重前将各组分预先经过干燥处理；
优选地，步骤1)中，所述干燥的温度为80～100℃，所述干燥的时间为1～2h；
优选地，步骤2)中，所述高速混合的转速为10000～13000r/min，所述高速混合的时间为0.5～1h；
优选地，步骤3)中，所述冷压成型的压力为45～80MPa，所述冷压成型的保压时间为10～15min；
优选地，步骤4)中，所述烧结的工艺为：先以80℃/h速率升温至200℃，再以60℃/h速率升温至330℃，保温2h，然后以30℃/h速率升温至380℃，保温12h，最后自然冷却至室温；
优选地，步骤6)中，所述压延是在热辊压延机上进行的，所述热辊压延机的温度为100～120℃，所述压延定向的定向度为1.4～1.65。
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