本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，尤其涉及到一種納米碳化硅和聚苯硫醚改性聚四氟乙烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

聚四氟乙烯(ptfe)作為一種耐高溫聚合物，性能優(yōu)良，具有良好的自潤(rùn)滑性能，有“塑料王”的美譽(yù)，是目前應(yīng)用于動(dòng)密封的關(guān)鍵材料，但其在使用過(guò)程中，易冷流，抗蠕變，耐磨性較差和回彈性能差，導(dǎo)致聚四氟乙烯密封材料的密封可靠性和壽命難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，其耐磨性差以及成本高制約了其使用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有的不足，提供一種在常溫常態(tài)下對(duì)聚四氟乙烯材料進(jìn)行超聲振動(dòng)、壓制成型、高溫?zé)Y(jié)并冷卻，從而得到高耐磨性的聚四氟乙烯改性材料，使它能在比原聚四氟乙烯更高溫的情況下使用。

一種納米碳化硅和聚苯硫醚改性聚四氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)按比例將聚四氟乙烯粉末、納米碳化硅粉末、聚苯硫醚粉末混合，然后將混合物放入高速攪拌器里面攪拌10-20min使其均勻，再放入盛有無(wú)水乙醇的燒杯中，進(jìn)行超聲振動(dòng)分散50-60min，待復(fù)合粉末與無(wú)水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于烘箱中過(guò)夜烘干，得到混合的粉末；

(2)將步驟(1)所得的混合的粉末在50mpa-60mpa壓強(qiáng)下、室溫下壓制成型，并在50mpa-60mpa壓強(qiáng)下保持5-10分鐘，壓制成型；

(3)將步驟(2)的壓制成型件放入無(wú)氧高溫?zé)Y(jié)爐中，以400-500℃/小時(shí)的升溫速率加熱至385℃-395℃，保溫2-4小時(shí)；自然冷卻到室溫，得成品。

步驟(1)中，所述聚四氟乙烯粉末、納米碳化硅粉末、聚苯硫醚粉末混合物的總質(zhì)量與無(wú)水乙醇的體積比為10g：250ml。

步驟(1)中，所述聚四氟乙烯粉末、納米碳化硅粉末、聚苯硫醚粉末混合物中，各組分質(zhì)量百分含量為聚四氟乙烯粉末90％-98％、納米碳化硅粉末1％-5％、聚苯硫醚粉末1％-5％。

所述的聚四氟乙烯粒度為50um-200um，密度為2.2g/cm³；聚苯硫醚粒度為10um-50um，密度為1.36g/cm³；納米碳化硅粒度為15nm-32nm，密度為3.2g/cm³。

步驟(1)中，所述超聲振動(dòng)的頻率為50khz。

步驟(1)中，所述烘箱中烘干溫度為70-100℃。

本發(fā)明制備的一種納米碳化硅和聚苯硫醚改性聚四氟乙烯復(fù)合材料，平均磨損量為2.68～7.73mm³，單位磨損率為0.78～3.54×10⁵mm³/n·m，彈性模量為370.35～412.45mpa。本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明專利添加的納米碳化硅粉末引起了晶粒細(xì)化機(jī)制以及大量納米碳化硅粉末位錯(cuò)形成了強(qiáng)化機(jī)制，提高了材料的力學(xué)性能、機(jī)械性能、屈服強(qiáng)度、拉伸性能。

(2)本發(fā)明專利添加的聚苯硫醚(pps)粉末，具有耐腐蝕、耐疲勞、耐磨損及硬度高等優(yōu)良特性，且與聚四氟乙烯(ptfe)有良好的相容性，彌補(bǔ)了純聚四氟乙烯耐磨性差的特性，提高了材料的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能。

(3)本發(fā)明專利的納米碳化硅和聚苯硫醚改性聚四氟乙烯復(fù)合材料，為實(shí)現(xiàn)納米粒子在材料中的均勻分布，通過(guò)借助高能超聲波的瞬時(shí)空化和聲波作用來(lái)進(jìn)行分散納米陶瓷增強(qiáng)體，實(shí)測(cè)表明，本發(fā)明專利的改性材料相比未超聲波改性的，其耐磨性提高超過(guò)100倍，而且還提高了耐磨性和高溫力學(xué)性能，因此采用本發(fā)明專利的改性材料制成的產(chǎn)品可以在比原聚四氟乙烯更高的溫度下使用。本發(fā)明材料可作為防腐材料、密封材料和耐磨材料，適合要求耐磨性好、摩擦系數(shù)小、耐高溫、耐化學(xué)藥品的密封圈、軸承襯套、閥門(mén)、管道、泵等。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)將3％納米碳化硅粉末(粒度為25nm)、3％聚苯硫醚粉末(粒度為30um)與94％聚四氟乙烯粉末(粒度為150um)放入高速攪拌器里面攪拌15min使其混合均勻,并放入盛有250ml無(wú)水乙醇的燒杯中，進(jìn)行超聲分散55min，其中超聲振動(dòng)的頻率為50khz，待復(fù)合粉末與無(wú)水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于80℃烘箱中過(guò)夜得到混合的粉末；(2)將所得混合物在55mpa壓強(qiáng)、室溫下壓制成型，并在55mpa壓強(qiáng)下保持7min；(3)將該壓制成型件放入燒結(jié)爐中，在隔氧環(huán)境下以450℃/小時(shí)的升溫速率加熱至390℃，保溫3h；(4)自然冷卻到室溫，得成品。

實(shí)施例2

(1)將5％納米碳化硅粉末(粒度為32nm)、5％聚苯硫醚粉末(粒度為50um)與90％聚四氟乙烯粉末(粒度為50um)放入高速攪拌器里面攪拌20min使其混合均勻,并放入盛有250ml無(wú)水乙醇的燒杯中，進(jìn)行超聲分散60min，其中超聲振動(dòng)的頻率為50khz，待復(fù)合粉末與無(wú)水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于100℃烘箱中過(guò)夜得到混合的粉末；(2)將所得混合物在60mpa壓強(qiáng)、室溫下壓制成型，并在60mpa壓強(qiáng)下保持10min；(3)將該壓制成型件放入燒結(jié)爐中，在隔氧環(huán)境下以500℃/小時(shí)的升溫速率加熱至395℃，保溫4h；(4)自然冷卻到室溫，得成品。

實(shí)施例3

(1)將1％納米碳化硅粉末(粒度為15nm)、1％聚苯硫醚粉末(粒度為10um)與98％聚四氟乙烯粉末(粒度為200um)放入高速攪拌器里面攪拌10min使其混合均勻,并放入盛有250ml無(wú)水乙醇的燒杯中，進(jìn)行超聲分散50min，其中超聲振動(dòng)的頻率為50khz，待復(fù)合粉末與無(wú)水乙醇完全溶解后，倒出部分清液后于70℃烘箱中過(guò)夜得到混合的粉末；(2)將所得混合物在50mpa壓強(qiáng)、室溫下壓制成型，并在50mpa壓強(qiáng)下保持5min；(3)將該壓制成型件放入燒結(jié)爐中，在隔氧環(huán)境下以400℃/小時(shí)的升溫速率加熱至385℃，保溫2h；(4)自然冷卻到室溫，得成品。

實(shí)施例4

(1)將純聚四氟乙烯粉末(粒度為200um)放入高速攪拌器里面攪拌10分鐘使其混合均勻,并放入盛有250ml無(wú)水乙醇的燒杯中，進(jìn)行超聲分散50min，其中超聲振動(dòng)的頻率為50khz，帶溶液澄清后，倒出部分清液于70℃烘箱中過(guò)夜得到混合的粉末；(2)將所得混合物在50mpa壓強(qiáng)、室溫下壓制成型,并在50mpa壓強(qiáng)下保持5min；(3)將該壓制成型件放入燒結(jié)爐中，在隔氧環(huán)境下以400℃/小時(shí)的升溫速率加熱至385℃，保溫2h；(4)自然冷卻到室溫，得成品。

經(jīng)檢測(cè)，通過(guò)以上4例實(shí)例所得材料，得出了未添加納米碳化硅粉末和聚苯硫醚粉末的聚四氟乙烯與添加了納米碳化硅粉末和聚苯硫醚粉末的聚四氟乙烯相比，其耐磨性能均提高超過(guò)100倍，耐溫可高達(dá)300℃以上。

下表給出了4個(gè)實(shí)施的材料使用不同重量百分含量納米碳化硅粉末和聚苯硫醚粉末的后的性能變化情況。從表中可看出，隨著納米碳化硅粉末和聚苯硫醚粉末重量百分含量的加大，其耐磨性能也隨之提高。