專利名稱：納米Si的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種納米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料的制備方法，采用納米Si3N4顆粒填充聚四氟乙烯，可以提高聚四氟乙烯樹脂基體的硬度，進(jìn)而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨損性能。
背景技術(shù)：
聚四氟乙烯是最有潛力的減摩材料，雖具有自潤(rùn)滑特性好，摩擦系數(shù)低，耐腐蝕、耐低溫等優(yōu)異特性，但因其機(jī)械性能差，線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性又差，磨損量大，而不適于單獨(dú)作耐磨材料使用。通常采用在聚四氟乙烯中加入纖維、顆粒、晶須等填料對(duì)其進(jìn)行改性，制備成聚四氟乙烯復(fù)合材料，以求在保持其低摩擦系數(shù)的同時(shí)，獲得優(yōu)良的耐磨性及高強(qiáng)度、高剛度和尺寸穩(wěn)定性。
顆粒狀的填充材料是復(fù)合材料領(lǐng)域常用的填充材料之一，近年來(lái)，納米尺度的顆粒用于填充復(fù)合材料已成為國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。納米顆粒用于填充熱塑性樹脂基體，可以提高其剛度、硬度及尺寸穩(wěn)定性，并且可以提高材料的耐磨性。
有人研究用納米Si3N4顆粒填充環(huán)氧樹脂，在很小填充用量的條件下就可以獲得很好的摩擦學(xué)性能。
中國(guó)發(fā)明專利200310109284.X公開了一種納米材料改性聚四氟乙烯油封專用料組合物及其制備方法，但其采用的納米無(wú)機(jī)粒子為Al2O3、SiO2、ZnO、TiO2，其主要用途是油封專用料組合物，是一種密封材料，不能應(yīng)用于摩擦材料。
中國(guó)發(fā)明專利02111929.5公開了一種含有碳納米管的聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料，具有極高的耐磨性能。但其填充材料采用的是碳納米管，碳納米管價(jià)格昂貴，不適合大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種納米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料的制備方法，所得到的復(fù)合材料產(chǎn)品具有工藝性好，力學(xué)性能好，尺寸穩(wěn)定，耐磨，摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，先將聚四氟乙烯、納米Si3N4、輔助材料按照一定比例進(jìn)行機(jī)械共混，強(qiáng)力攪拌，再將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，然后將壓制成型的坯料進(jìn)行燒結(jié)，再通過(guò)機(jī)械加工，制成納米Si3N4/聚四氟乙烯復(fù)合材料試樣或零件。
本發(fā)明的方法具體步驟為先將聚四氟乙烯、納米Si3N4、輔助材料按照一定比例混合，然后進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)力攪拌，攪拌均勻后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在40～50MPa左右，時(shí)間為30～50分鐘，加壓和卸壓過(guò)程一定要緩慢進(jìn)行，將上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進(jìn)行燒結(jié)先緩慢升溫至320℃左右，然后再以30℃/小時(shí)的速度升溫至380℃左右，保溫5～6小時(shí)，再通過(guò)機(jī)械加工成納米Si3N4/聚四氟乙烯復(fù)合材料試樣或零件。
其中，復(fù)合材料的各原料成分的重量百分比如下聚四氟乙烯75％～95％，納米Si3N44％～15％，輔助材料1％～10％。
其中輔助材料包括二硫化鉬、一些無(wú)機(jī)顏料等。
本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單，所制得的復(fù)合材料具有成本低，尺寸穩(wěn)定性好，自潤(rùn)滑性好，耐磨，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，和普通的聚四氟乙烯復(fù)合材料相比，具有更好的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1
所用的原材料包括聚四氟乙烯樹脂，上海氯堿化工股份有限公司生產(chǎn)的SM021-F型；納米Si3N4，平均尺度在20nm以下，由舟山納米材料有限公司生產(chǎn)。
原材料各組分重量百分比如下聚四氟乙烯95％納米Si3N44％輔助材料1％(0.5％的二硫化鉬+0.5％中鉻黃)將上述原材料進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，然后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在40MPa左右，時(shí)間為50分鐘，加壓和卸壓過(guò)程緩慢進(jìn)行，將上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進(jìn)行燒結(jié)先緩慢升溫至320℃左右，然后再以30℃/小時(shí)的速度升溫至380℃左右，保溫5小時(shí)，制得納米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料。將上述材料機(jī)械加工成20mm×10mm×10mm的復(fù)合材料試樣，在M-2000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得摩擦系數(shù)為0.24，比磨損率為36.2×10-6mm3/N.m。
實(shí)施例2所用的原材料同實(shí)施例1。
原材料各組分重量百分比如下聚四氟乙烯85％納米Si3N410％輔助材料5％(3％的二硫化鉬+2％的中鉻黃)將上述原材料進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，然后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在50MPa左右，時(shí)間為30分鐘，加壓和卸壓過(guò)程緩慢進(jìn)行，將上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進(jìn)行燒結(jié)先緩慢升溫至320℃左右，然后再以30℃/小時(shí)的速度升溫至380℃左右，保溫6小時(shí)，制得納米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料。將上述材料機(jī)械加工成沖擊試驗(yàn)樣品和摩擦試驗(yàn)樣品。沖擊試驗(yàn)在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，摩擦磨損試驗(yàn)在M-2000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果
沖擊強(qiáng)度14.5kJ/m2，摩擦系數(shù)2.7，比磨損率48.6×10-6mm3/N.m。
實(shí)施例3采用的原料同實(shí)施例1。
原材料的重量百分比如下聚四氟乙烯75％納米Si3N415％輔助材料10％(8％的二硫化鉬+2％的中鉻黃)將上述原材料進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，然后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在45MPa左右，時(shí)間為40分鐘，加壓和卸壓過(guò)程緩慢進(jìn)行，將上述壓制成型的坯料輕輕取出，放入馬福爐中，進(jìn)行燒結(jié)先緩慢升溫至320℃左右，然后再以30℃/小時(shí)的速度升溫至380℃左右，保溫5小時(shí)，制得納米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料。將上述材料機(jī)械加工成復(fù)合材料試樣，在M-2000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得摩擦系數(shù)為2.6，比磨損率42.7×10-6mm3/N.m。
權(quán)利要求
1.一種納米Si3N4/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于先將聚四氟乙烯、納米Si3N4、輔助材料按比例混合，機(jī)械攪拌均勻，然后將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，壓力控制在40～50MPa，時(shí)間為30～50分鐘，加壓和卸壓過(guò)程緩慢進(jìn)行，將上述壓制成型的坯料取出，放入馬福爐中進(jìn)行燒結(jié)，先緩慢升溫至320℃，然后再以30℃/小時(shí)的速度升溫至380℃，保溫5～6小時(shí)，最后再通過(guò)機(jī)械加工，制得納米Si3N4/聚四氟乙烯復(fù)合材料試樣或零件；其中，復(fù)合材料的各原料成分的重量百分比為聚四氟乙烯75％～95％，納米Si3N44％～15％，輔助材料二硫化鉬及無(wú)機(jī)顏料1％～10％。
全文摘要
一種納米Si
文檔編號(hào)C08L27/18GK1699464SQ20051002706
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者程先華, 吳炬 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)