一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料及其制备方法
一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自润滑复合材料技术领域，尤其涉及一种界面自适应调控的聚四氟乙 烯基自润滑复合材料。
【背景技术】
[0002] 聚四氟乙烯（PTFE)具有摩擦系数低、自润滑、化学稳定性高、耐高低温性能好等 优点，是当今机械工业、汽车工业、食品工业、仪器仪表、航天航空等重要的减摩材料。尽管 PTFE具有性能优异，但也存在一些缺点，尤其是耐磨性能较差。通常需要利用金属氧化物、 玻璃纤维、纳米陶瓷颗粒等进行填充改性，提高其耐磨性，该方法已获得大规模的应用，但 是在摩擦界面的自我调控方面尚待加强。
【发明内容】
[0003] 本发明提出了一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料及其制备方 法，所得产品摩擦系数小，耐磨性好，在摩擦时，能够根据实际工况自适应调节其界面转移 膜的形成，达到摩擦所需的最佳条件。
[0004] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
[0005] 本发明界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特点在于：所述复合 材料的各原料按质量百分数的配比为：
[0006] FeNi 合金 1-40%;
[0007] 聚四氟乙烯50-98% ;
[0008] 其他填料 1-10% ;
[0009] 所述其他填料包括石墨、MoS2或氧化物填料中的一种或者多种。
[0010] 优选地，所述复合材料的各原料按质量百分数的配比为：
[0011] FeNi 合金 1-20%;
[0012] 聚四氟乙烯72-97% ;
[0013] 其他填料2-8% ;
[0014] 更优选地，所述复合材料的各原料按质量百分数的配比为：
[0015] FeNi 合金 15%;
[0016] 聚四氟乙烯80% ;
[0017] 其他填料5%。
[0018] 优选地，所述FeNi合金和其他填料的颗粒度为30-500目，更优选的，所述FeNi合 金和其他填料的颗粒度为100-200目。
[0019] 本发明还提出了上述界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的制备方 法，包括以下步骤：
[0020] S1、称量：按配比称取各原料；
[0021] S2、混料：将各原料混合均匀，得到混合料；
[0022] S3、冷压：将所述混合料放入压制模具中，然后将压制模具放入液压机，在 55-65MPa范围内保压6-10min成型，卸压后得到冷压件；
[0023] 或将所述混合料铺覆在双金属板材上，根据具体产品要求，进行板材自动轧制辊 压成型，获得冷压件；
[0024] S4、烧结：将所述冷压件放入烧结炉，在队的保护下，升温至220-260°C，保温 15-25min，再升温至 300-340 °C，保温 20-35min，最后升温至 380-400 °C，保温 180-220min 后，降至室温，所得烧结件即为所述界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
[0025] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0026] 本发明通过添加 FeNi合金填料，使得复合材料在摩擦过程中能够发生摩擦诱导 磁化，这一效应是随摩擦条件改变的，同时利用这一效应能够有效地促进摩擦界面转移膜 的形成，从而表现为自适应方式的PTFE复合材料的摩擦磨损性能的稳定与改良，是PTFE复 合材料高性能化的一种新途径。
[0027] 本发明的复合材料具有优异的摩擦学特性，在摩擦时，能够根据实际工况自适应 调节其摩擦界面转移膜的形成，达到摩擦所需的最佳条件，运行稳定，能适应于轻载和中载 条件，可以制作滑动减摩零部件、滑动轴承、密封件等，可以应用于机械、石油化工、航空航 天等领域。
【具体实施方式】
[0028] 下面通过具体实施例对本发明所述界面自适应调控的PTFE基自润滑复合材料的 技术方案作详细说明。
[0029] 实施例1
[0030] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金lwt%、聚四氟乙稀95wt%、MoS24wt% ;其中，FeNi合金和MoS2的颗 粒度为400目。
[0031] 本实施例界面自适应调控聚四氟乙烯基自润滑复合材料是按如下步骤进行制 备：
[0032] S1、称量：按配比称取各原料；
[0033] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均匀，得到混合料；
[0034] S3、冷压：将S2中得到的混合料放入压制模具，将压制模具放入液压机，在室温 下，以5MPa/min的速率升压至55MPa后保压lOmin，以15MPa/min的速率卸压后得到冷压 件；
[0035] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以10°C /min的速率 升温至220 °C，保温25min后，以13 °C /min的速率升温至300 °C，保温35min后，以5 °C /min 的速率升温至380°C，保温220min后，以15°C /min的速率降温至室温，所得烧结件即为界 面自适应调控PTFE基自润滑复合材料。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金40wt%、聚四氟乙稀50wt%、石墨5wt% ;其中，FeNi合金和石墨的 颗粒度为30目。
[0038] 本实施例界面自适应调控PTFE基自润滑复合材料是按如下步骤进行制备：
[0039] S1、称量：按配比称取各原料；
[0040] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均匀，得到混合料；
[0041] S3、冷压：将S2中得到的混合料放入压制模具，将压制模具放入液压机，在室温 下，以15MPa/min的速率升压至65MPa后保压6min，以25MPa/min的速率卸压后得到冷压 件；
[0042] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以15°C /min的速率 升温至260 °C，保温15min后，以8 °C /min的速率升温至340 °C，保温20min后，以10 °C /min 的速率升温至400°C，保温ISOmin后，以20°C /min的速率降温至室温，所得烧结件即为界 面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
[0043] 实施例3
[0044] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金15wt%、聚四氟乙稀80wt%、石墨与MoS2按照1:1混合共占5wt% ; 其中，FeNi合金、石墨及MoS2的颗粒度为150目。
[0045] 本实施例界面自适应调控PTFE基自润滑复合材料是按如下步骤进行制备：
[0046] S1、称量：按配比称取各原料；
[0047] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均匀，得到混合料；
[0048] S3、冷压：将S2中得到的混合料放入压制模具，将压制模具放入液压机，在室温 下，以llMPa/min的速率升压至62MPa后保压8min，以19MPa/min的速率卸压后得到冷压 件；
[0049] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以13°C /min的速率 升温至247 °C，保温20min后，以11 °C /min的速率升温至327 °C，保温3 Imin后，以7 °C /min 的速率升温至388°C，保温200min后，以19°C /min的速率降温至室温，所得烧结件即为界 面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
[0050] 实施例4
[0051] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金15wt%、聚四氟乙稀70wt%、石墨与MoS 2按照1:2混合共占15wt%; 其中，FeNi合金、石墨与MoS2的颗粒度为200目。
[0052] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料是按如下步骤进行制 备：
[0053] S1、称量：按配比称取各原料；
[0054] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均勾，得到混合料；
[0055] S3、冷压：将S2中得到的混合料均匀铺装在双金属板材上，然后将含有混料的板 材放入自动轧制机辊压成型，得到冷压件；
[0056] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以HO /min的速率 升温至246°C，保温18min后，以7°C /min的速率升温至315°C，保温32min后，以12°C /min 的速率升温至398 °C，保温185min后，降温至室温，所得烧结件即为界面自适应调控PTFE基 自润滑复合材料。
[0057] 下表1中为不同的工况下复合材料的性能参数：
[0058] 由表1可以看出：本发明的自润滑复合材料具有良好的界面自适应调控性，这可 以从其摩擦过程中形成的转移膜情况加以说明，因为转移膜是控制摩擦过程的关键因素。 对界面自适应调控的PTFE基自润滑复合材料在不同速度和/或不同载荷下进行摩擦学 性能测试，材料在摩擦过程中会产生不同的摩擦诱导磁感应强度，但是其形成的转移膜厚 度基本稳定在1. 5 μ m左右，所以说对于不同的工况（速度为：0. 2m/s~0. 8m/s，载荷为： 0. 5MPa~4MPa)，由于摩擦磁化的作用，能够进行自适应调整，保证转移膜的均一性较为稳 定。
[0059] 表 1
[0060]
【主权项】
1. 一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料 的各原料按质量百分数的配比为： FeNi合金 1-40% ; 聚四氟乙烯50-98% ; 其他填料1-10% ; 所述其他填料为石墨、MoS2或氧化物填料中的一种或者多种。2. 根据权利要求1所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特征在 于：所述复合材料的各原料按质量百分数的配比为： FeNi合金 15% ; 聚四氟乙烯80% ; 其他填料5%。3. 根据权利要求1或2所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特 征在于：所述FeNi合金和所述其他填料的颗粒度为30-500目。4. 根据权利要求3所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特征在 于：所述FeNi合金和所述其他填料的颗粒度为100-200目。5. -种如权利要求1-4中任一项所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合 材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 51、 称量：按配比称取各原料； 52、 混料：将各原料混合均匀，得到混合料； 53、 冷压：将所述混合料放入压制模具中，然后将压制模具放入液压机，在55-65Mpa范 围内保压6-10min成型，卸压后得到冷压件； 或将所述混合料铺覆在双金属板材上，进行板材自动轧制辊压成型，获得冷压件； 54、 烧结：将所述冷压件放入烧结炉，在队的保护下，升温至220-260 °C，保温 15-25min，再升温至 300-340 °C，保温 20-35min，最后升温至 380-400 °C，保温 180-220min 后，降至室温，即得界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
【专利摘要】本发明公开了一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料及其制备方法，其是以具有自润滑特性的聚四氟乙烯为基体，将软磁材料FeNi合金粉末按一定质量分数添加到基体中，采用机械共混的方法使其混合均匀，经冷压、烧结后得到。本发明的复合材料具有优异的摩擦学特性，在摩擦时，能够根据实际工况自适应调节其摩擦界面转移膜的形成，达到摩擦所需的最佳条件，运行稳定，能适应于轻载和中载条件，可以制作滑动减摩零部件、滑动轴承、密封件等，可以应用于机械、石油化工、航空航天等领域。
【IPC分类】C08K3/30, C08K3/08, C08L27/18, C08K3/04
【公开号】CN104893194
【申请号】CN201510234156
【发明人】解挺, 崔爱龙, 齐永恒, 张晓磊, 江凯
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自润滑复合材料技术领域，尤其涉及一种界面自适应调控的聚四氟乙 烯基自润滑复合材料。
【背景技术】
[0002] 聚四氟乙烯（PTFE)具有摩擦系数低、自润滑、化学稳定性高、耐高低温性能好等 优点，是当今机械工业、汽车工业、食品工业、仪器仪表、航天航空等重要的减摩材料。尽管 PTFE具有性能优异，但也存在一些缺点，尤其是耐磨性能较差。通常需要利用金属氧化物、 玻璃纤维、纳米陶瓷颗粒等进行填充改性，提高其耐磨性，该方法已获得大规模的应用，但 是在摩擦界面的自我调控方面尚待加强。
【发明内容】
[0003] 本发明提出了一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料及其制备方 法，所得产品摩擦系数小，耐磨性好，在摩擦时，能够根据实际工况自适应调节其界面转移 膜的形成，达到摩擦所需的最佳条件。
[0004] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
[0005] 本发明界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特点在于：所述复合 材料的各原料按质量百分数的配比为：
[0006] FeNi 合金 1-40%;
[0007] 聚四氟乙烯50-98% ;
[0008] 其他填料 1-10% ;
[0009] 所述其他填料包括石墨、MoS2或氧化物填料中的一种或者多种。
[0010] 优选地，所述复合材料的各原料按质量百分数的配比为：
[0011] FeNi 合金 1-20%;
[0012] 聚四氟乙烯72-97% ;
[0013] 其他填料2-8% ;
[0014] 更优选地，所述复合材料的各原料按质量百分数的配比为：
[0015] FeNi 合金 15%;
[0016] 聚四氟乙烯80% ;
[0017] 其他填料5%。
[0018] 优选地，所述FeNi合金和其他填料的颗粒度为30-500目，更优选的，所述FeNi合 金和其他填料的颗粒度为100-200目。
[0019] 本发明还提出了上述界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的制备方 法，包括以下步骤：
[0020] S1、称量：按配比称取各原料；
[0021] S2、混料：将各原料混合均匀，得到混合料；
[0022] S3、冷压：将所述混合料放入压制模具中，然后将压制模具放入液压机，在 55-65MPa范围内保压6-10min成型，卸压后得到冷压件；
[0023] 或将所述混合料铺覆在双金属板材上，根据具体产品要求，进行板材自动轧制辊 压成型，获得冷压件；
[0024] S4、烧结：将所述冷压件放入烧结炉，在队的保护下，升温至220-260°C，保温 15-25min，再升温至 300-340 °C，保温 20-35min，最后升温至 380-400 °C，保温 180-220min 后，降至室温，所得烧结件即为所述界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
[0025] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0026] 本发明通过添加 FeNi合金填料，使得复合材料在摩擦过程中能够发生摩擦诱导 磁化，这一效应是随摩擦条件改变的，同时利用这一效应能够有效地促进摩擦界面转移膜 的形成，从而表现为自适应方式的PTFE复合材料的摩擦磨损性能的稳定与改良，是PTFE复 合材料高性能化的一种新途径。
[0027] 本发明的复合材料具有优异的摩擦学特性，在摩擦时，能够根据实际工况自适应 调节其摩擦界面转移膜的形成，达到摩擦所需的最佳条件，运行稳定，能适应于轻载和中载 条件，可以制作滑动减摩零部件、滑动轴承、密封件等，可以应用于机械、石油化工、航空航 天等领域。
【具体实施方式】
[0028] 下面通过具体实施例对本发明所述界面自适应调控的PTFE基自润滑复合材料的 技术方案作详细说明。
[0029] 实施例1
[0030] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金lwt%、聚四氟乙稀95wt%、MoS24wt% ;其中，FeNi合金和MoS2的颗 粒度为400目。
[0031] 本实施例界面自适应调控聚四氟乙烯基自润滑复合材料是按如下步骤进行制 备：
[0032] S1、称量：按配比称取各原料；
[0033] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均匀，得到混合料；
[0034] S3、冷压：将S2中得到的混合料放入压制模具，将压制模具放入液压机，在室温 下，以5MPa/min的速率升压至55MPa后保压lOmin，以15MPa/min的速率卸压后得到冷压 件；
[0035] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以10°C /min的速率 升温至220 °C，保温25min后，以13 °C /min的速率升温至300 °C，保温35min后，以5 °C /min 的速率升温至380°C，保温220min后，以15°C /min的速率降温至室温，所得烧结件即为界 面自适应调控PTFE基自润滑复合材料。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金40wt%、聚四氟乙稀50wt%、石墨5wt% ;其中，FeNi合金和石墨的 颗粒度为30目。
[0038] 本实施例界面自适应调控PTFE基自润滑复合材料是按如下步骤进行制备：
[0039] S1、称量：按配比称取各原料；
[0040] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均匀，得到混合料；
[0041] S3、冷压：将S2中得到的混合料放入压制模具，将压制模具放入液压机，在室温 下，以15MPa/min的速率升压至65MPa后保压6min，以25MPa/min的速率卸压后得到冷压 件；
[0042] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以15°C /min的速率 升温至260 °C，保温15min后，以8 °C /min的速率升温至340 °C，保温20min后，以10 °C /min 的速率升温至400°C，保温ISOmin后，以20°C /min的速率降温至室温，所得烧结件即为界 面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
[0043] 实施例3
[0044] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金15wt%、聚四氟乙稀80wt%、石墨与MoS2按照1:1混合共占5wt% ; 其中，FeNi合金、石墨及MoS2的颗粒度为150目。
[0045] 本实施例界面自适应调控PTFE基自润滑复合材料是按如下步骤进行制备：
[0046] S1、称量：按配比称取各原料；
[0047] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均匀，得到混合料；
[0048] S3、冷压：将S2中得到的混合料放入压制模具，将压制模具放入液压机，在室温 下，以llMPa/min的速率升压至62MPa后保压8min，以19MPa/min的速率卸压后得到冷压 件；
[0049] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以13°C /min的速率 升温至247 °C，保温20min后，以11 °C /min的速率升温至327 °C，保温3 Imin后，以7 °C /min 的速率升温至388°C，保温200min后，以19°C /min的速率降温至室温，所得烧结件即为界 面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
[0050] 实施例4
[0051] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的各原料按质量百分 数的配比为：FeNi合金15wt%、聚四氟乙稀70wt%、石墨与MoS 2按照1:2混合共占15wt%; 其中，FeNi合金、石墨与MoS2的颗粒度为200目。
[0052] 本实施例界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料是按如下步骤进行制 备：
[0053] S1、称量：按配比称取各原料；
[0054] S2、混料：将Sl中称量的各原料混合均勾，得到混合料；
[0055] S3、冷压：将S2中得到的混合料均匀铺装在双金属板材上，然后将含有混料的板 材放入自动轧制机辊压成型，得到冷压件；
[0056] S4、烧结：将S3中得到的冷压件放入烧结炉，在队的保护下，以HO /min的速率 升温至246°C，保温18min后，以7°C /min的速率升温至315°C，保温32min后，以12°C /min 的速率升温至398 °C，保温185min后，降温至室温，所得烧结件即为界面自适应调控PTFE基 自润滑复合材料。
[0057] 下表1中为不同的工况下复合材料的性能参数：
[0058] 由表1可以看出：本发明的自润滑复合材料具有良好的界面自适应调控性，这可 以从其摩擦过程中形成的转移膜情况加以说明，因为转移膜是控制摩擦过程的关键因素。 对界面自适应调控的PTFE基自润滑复合材料在不同速度和/或不同载荷下进行摩擦学 性能测试，材料在摩擦过程中会产生不同的摩擦诱导磁感应强度，但是其形成的转移膜厚 度基本稳定在1. 5 μ m左右，所以说对于不同的工况（速度为：0. 2m/s~0. 8m/s，载荷为： 0. 5MPa~4MPa)，由于摩擦磁化的作用，能够进行自适应调整，保证转移膜的均一性较为稳 定。
[0059] 表 1
[0060]
【主权项】
1. 一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特征在于：所述复合材料 的各原料按质量百分数的配比为： FeNi合金 1-40% ; 聚四氟乙烯50-98% ; 其他填料1-10% ; 所述其他填料为石墨、MoS2或氧化物填料中的一种或者多种。2. 根据权利要求1所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特征在 于：所述复合材料的各原料按质量百分数的配比为： FeNi合金 15% ; 聚四氟乙烯80% ; 其他填料5%。3. 根据权利要求1或2所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特 征在于：所述FeNi合金和所述其他填料的颗粒度为30-500目。4. 根据权利要求3所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料，其特征在 于：所述FeNi合金和所述其他填料的颗粒度为100-200目。5. -种如权利要求1-4中任一项所述的界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合 材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 51、 称量：按配比称取各原料； 52、 混料：将各原料混合均匀，得到混合料； 53、 冷压：将所述混合料放入压制模具中，然后将压制模具放入液压机，在55-65Mpa范 围内保压6-10min成型，卸压后得到冷压件； 或将所述混合料铺覆在双金属板材上，进行板材自动轧制辊压成型，获得冷压件； 54、 烧结：将所述冷压件放入烧结炉，在队的保护下，升温至220-260 °C，保温 15-25min，再升温至 300-340 °C，保温 20-35min，最后升温至 380-400 °C，保温 180-220min 后，降至室温，即得界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料。
【专利摘要】本发明公开了一种界面自适应调控的聚四氟乙烯基自润滑复合材料及其制备方法，其是以具有自润滑特性的聚四氟乙烯为基体，将软磁材料FeNi合金粉末按一定质量分数添加到基体中，采用机械共混的方法使其混合均匀，经冷压、烧结后得到。本发明的复合材料具有优异的摩擦学特性，在摩擦时，能够根据实际工况自适应调节其摩擦界面转移膜的形成，达到摩擦所需的最佳条件，运行稳定，能适应于轻载和中载条件，可以制作滑动减摩零部件、滑动轴承、密封件等，可以应用于机械、石油化工、航空航天等领域。
【IPC分类】C08K3/30, C08K3/08, C08L27/18, C08K3/04
【公开号】CN104893194
【申请号】CN201510234156
【发明人】解挺, 崔爱龙, 齐永恒, 张晓磊, 江凯
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日
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