本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種氟塑料的制備，尤其涉及一種軸承用可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的制備。

背景技術(shù)：

1、聚四氟乙烯樹脂是制造耐磨潤滑軸承的核心材料之一，其粒徑與復(fù)合配方直接決定軸承性能、可靠性與壽命?？扇坌跃鬯姆蚁╬fa）是一種由四氟乙烯和少量全氟烷氧基改性單體經(jīng)共聚而成的新型氟塑料，應(yīng)用于軸承領(lǐng)域具有耐高溫、減摩耐磨、耐腐蝕等特性，特別是易于與金屬部件以粘接、鑲嵌，甚至焊接方式進(jìn)行復(fù)合。

2、針對聚四氟乙烯復(fù)合改性技術(shù)歷經(jīng)六十余年發(fā)展已經(jīng)相對成熟，然而針對低熔點(diǎn)、低結(jié)晶度可熔性聚四氟乙烯，其發(fā)展則遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。目前，現(xiàn)有pfa樹脂多以純樹脂形式進(jìn)行商品化銷售，僅以樹脂粒徑作為牌號區(qū)分。原因在于：pfa樹脂的復(fù)配體系并不完善，難以滿足軸承應(yīng)用對材料多個性能維度的全面要求，導(dǎo)致品種牌號單一、綜合性能不均衡。要進(jìn)行軸承產(chǎn)品開發(fā)時，需要進(jìn)行向上游樹脂生產(chǎn)廠商采購不同牌號的pfa樹脂，再進(jìn)行復(fù)配改性，難以滿足軸承領(lǐng)域材料體系復(fù)雜、部件規(guī)格多樣、整件結(jié)構(gòu)精密的客觀需求。

3、為此，本發(fā)明通過對改性單體含量調(diào)控、復(fù)配體系設(shè)計(jì)以及粉碎、混合、干燥工藝調(diào)控，提供一種pfa復(fù)合料及其制備方法。開發(fā)復(fù)合料無需二次處理，可直接用于ptfe整體軸承、粘接軸承、鑲嵌軸承的成型制造，具有低含水、低收縮、高耐磨、高導(dǎo)熱和強(qiáng)自潤滑特性，滿足耐磨潤滑軸承領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于公開一種軸承用可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的制備方法，以解決現(xiàn)有pfa樹脂的復(fù)配體系不完善，難以滿足軸承應(yīng)用對材料多個性能維度要求的問題。

2、一、可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的制備

3、一種軸承用可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的制備方法，包括以下步驟：

4、1）原料混合：將可熔性聚四氟乙烯團(tuán)裝物和碳纖維、銅粉、石墨加入混合釜，在冰水介質(zhì)中（-5℃~-35℃）攪拌30~120min，過濾后除去介質(zhì)。

5、2）冷凍干燥：將步驟1）所得濾出物在溫度-80℃~-15℃下干燥45~240min；

6、3）粉碎整形：將步驟2）所得復(fù)合料放入超微氣流粉碎機(jī)中在壓力0.5~1.5mpa、空壓機(jī)流量2~40m3/min下粉碎1~3次，然后再放入臥式渦輪分級機(jī)中在空壓機(jī)流量2~100m3/min、氧含量5~50ppm下進(jìn)行整形2~8次，抽取粒徑20~60μm細(xì)粉。

7、步驟1）中所述可熔性聚四氟乙烯團(tuán)裝物，尺寸為0.5~10mm，含全氟乙烯基醚含量為0.01%~0.20%；碳纖維直徑為5~8μm，長徑比為3~6；銅粉為松果狀，導(dǎo)熱系數(shù)200~750w/(m·k)，尺寸5~60μm；石墨尺寸為5~50μm。

8、以質(zhì)量份計(jì)，可熔性聚四氟乙烯團(tuán)裝物、碳纖維、銅粉、石墨分別為75~85份、3~15份、1~5份、1~5份。

9、二、可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的性能

10、1、含水率

11、按照hg/t?2903-1997《模塑用細(xì)粒聚四氟乙烯樹脂》第5.7節(jié)規(guī)定進(jìn)行測試。

12、2、收縮率

13、取適量樹脂或復(fù)合料倒入外徑52?mm的圓筒形模具模腔內(nèi)，充滿整個模腔，合模后放在液壓機(jī)中緩慢加壓至（34.5±2.0）?mpa，保壓2?min后，卸壓，從模具中取出外徑為約50mm、厚度20?mm的預(yù)制品。按hg/t?2903-1997《模塑用細(xì)粒聚四氟乙烯樹脂》表2燒結(jié)后測定外徑變化率，即為復(fù)合料收縮率。數(shù)據(jù)列于表1。

14、3、拉伸性能

15、將復(fù)合料填充入腔隙為φ120?mm×4?mm模具內(nèi)，在45mpa下壓制5min；隨后在360℃下燒結(jié)60min后，沖壓裁切80?mm×10?mm×4?mm的啞鈴型，按照gb/t?1040.2-2022在萬能試驗(yàn)機(jī)上測試?yán)鞆?qiáng)度。數(shù)據(jù)列于表1。

16、4、導(dǎo)熱性能測試

17、將復(fù)合料填充入腔隙為φ60?mm×2?mm模具內(nèi)，按hg/t?2903-1997《模塑用細(xì)粒聚四氟乙烯樹脂》規(guī)定條件成型后，沖壓裁切成φ12.7mm×2?mm的小圓片。在導(dǎo)熱系數(shù)測定儀上按照gjb/t?1201.1-91進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)列于表1。

18、5、摩擦磨損性能測試

19、將復(fù)合料填充入腔隙為φ80?mm×10?mm模具內(nèi)，按hg/t?2903-1997《模塑用細(xì)粒聚四氟乙烯樹脂》規(guī)定條件成型后，機(jī)械加工成外徑31.7mm、內(nèi)徑16mm，高度10mm的環(huán)形時間，按照astm?d3703在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測定磨損率。數(shù)據(jù)列于表1。

20、表1實(shí)施例1~3制備pfa復(fù)合料性能

21、

22、由表1可知，本發(fā)明制備pfa復(fù)合料含水率為0.005%~0.008%，收縮率為0.8%~1.7%，拉伸強(qiáng)度為28.7~33.0mpa，導(dǎo)熱系數(shù)為(0.50~0.62)w/(m·k)，磨損率為(0.8~2.5)×10-6mm3/n·m。由此可見，在本發(fā)明開發(fā)的pfa復(fù)合料具有極低的含水率，遠(yuǎn)小于0.02%的平均水平，可有效避免在運(yùn)輸、儲存時因吸水而結(jié)塊；具有較低收縮率，說明復(fù)合料在壓制、燒結(jié)過程中具有較高的尺寸穩(wěn)定性；同時，拉伸輕度和導(dǎo)熱系數(shù)較高，而磨損率較低，能夠滿足高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、低磨損的軸承應(yīng)用核心需求。作為對比，對比實(shí)施例1直接采用pfa樹脂粉體而非聚合所得團(tuán)裝物為原料，并采用常規(guī)機(jī)械共混，則引起樹脂結(jié)塊的少量水分被包裹，難以通過后續(xù)干燥工藝予以脫除，導(dǎo)致含水率在0.022%的常規(guī)水平，不利于長期運(yùn)輸或儲存，同時收縮率、拉伸強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)與磨損率等性能也有小幅下降。對比實(shí)施例2采用常規(guī)烘干工藝除水效果不佳，含水率處于0.039%的較高水平，導(dǎo)致綜合性能有較大幅度的下降。對比實(shí)施例3未經(jīng)整形處理，導(dǎo)致復(fù)合料均勻性不足，使得拉伸強(qiáng)度下降至24.8mpa，磨損率升高至4.7×10-6mm3/n·m，不利于制造軸承的長期可靠使用。

技術(shù)特征：

1.一種軸承用可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述一種軸承用可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料及其制備方法，其特征在于，步驟1）中所述可熔性聚四氟乙烯團(tuán)裝物，尺寸為0.5~10mm，含全氟乙烯基醚含量為0.01%~0.20%；碳纖維直徑為5~8μm，長徑比為3~6；銅粉為松果狀，導(dǎo)熱系數(shù)200~750w/(m·k)，尺寸5~60μm；石墨尺寸為5~50μm。

3.如權(quán)利要求1所述一種高pv聚四氟乙烯整體滑動軸承及其制備方法，其特征在于，步驟1）中，以質(zhì)量份計(jì)，可熔性聚四氟乙烯團(tuán)裝物、碳纖維、銅粉、石墨分別為75~85份、3~15份、1~5份、1~5份。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種軸承用可熔性聚四氟乙烯復(fù)合料的制備方法，是以可熔性聚四氟乙烯為聚合物基體，采用碳纖維、銅粉和石墨為增強(qiáng)組分，經(jīng)過低溫液相共混、粉碎、干燥工藝制備而成。本發(fā)明旨在以聚合得到的可熔性聚四氟乙烯（PFA）團(tuán)裝物為原料，通過低溫混合與冷凍干燥控制復(fù)合料含水率與均勻性。與傳統(tǒng)PFA樹脂進(jìn)行二次機(jī)械共混制備復(fù)合料相比，可將含水率控制為遠(yuǎn)低于0.02%的現(xiàn)有水平，避免運(yùn)輸和儲存中的團(tuán)聚結(jié)塊；同時，采用粉碎、整形與復(fù)合料抽取工藝，大幅提升復(fù)合料均勻性，增強(qiáng)復(fù)合料綜合性能。在此基礎(chǔ)上，通過PFA樹脂中改性單體含量調(diào)控，提升力學(xué)性能與尺寸穩(wěn)定性；通過碳纖維、銅粉和石墨協(xié)同改性，全面提升復(fù)合料耐磨性與導(dǎo)熱性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉昊,王建章,余國軍,劉文武,李蘇桐,張高明,閻逢元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9