專利名稱：稀土改性納米TiO₂/聚四氟乙烯復(fù)合材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料制備方法，尤其涉及一種稀土改性納米TiCV聚四 氟乙烯復(fù)合材料制備方法，采用經(jīng)過稀土改性劑處理的納米Ti02填充聚四氟乙 烯制備復(fù)合材料，以獲得比較高的界面結(jié)合力，提高聚四氟乙烯樹脂基體的機(jī) 械性能，進(jìn)而提高復(fù)合材料的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。
背景技術(shù)：
聚四氟乙烯是最富有潛力的減摩材料之一，具有成型工藝簡(jiǎn)單、成本低、 可回收重復(fù)使用、摩擦系數(shù)極低、優(yōu)良的自潤(rùn)滑特性以及較寬的使用溫度范圍 等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。但是，由于聚四氟乙烯分子鏈間吸引力較小，導(dǎo)致機(jī)械性能差、 線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性差、磨損量大，不適于單獨(dú)作耐磨材料使用。通常在聚 四氟乙烯中加入填料進(jìn)行填充改性，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。
Ti02俗稱鈦白，是鈦系最重要的產(chǎn)品之一,也是一種重要的化工和環(huán)境材料。 納米Ti02具有粒徑小、比表面積大、表面活性高、磁性強(qiáng)、光催化與吸收性能 好、熱導(dǎo)性好等優(yōu)點(diǎn)，并具有超親水作用和抗菌功能。由于具有這些新奇的特 性，Ti02在塑料中的應(yīng)用除增強(qiáng)增韌作用外，還賦予基體材料許多新的性能。 將納米Ti02以納米尺寸分散在聚合物基體中，可以得到納米Ti02塑料。為了提 高納米Ti02的分散性并增加其與聚合物界面的結(jié)合力，需要對(duì)其表面進(jìn)行改性， 以降低它的表面能態(tài)，使其能比較好的應(yīng)用到與聚合物的復(fù)合材料中去。采用 經(jīng)過稀土改性劑處理的納米Ti02填充聚四氟乙烯，可以得到具有一般復(fù)合材料 所不具有的優(yōu)異性能的全新高技術(shù)復(fù)合材料，但目前未見有相關(guān)技術(shù)公開報(bào)道。

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，提供一種稀土改性納米Ti02/聚四 氟乙烯復(fù)合材料制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單，低成本高效率的特點(diǎn)，能很好的改善納米Ti02和聚四氟乙烯基體的界面結(jié)合力，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，先在室溫下采用稀土改性劑對(duì) 納米Ti02進(jìn)行表面改性處理，再將處理后的納米Ti02放入球磨機(jī)中球磨，然后 將球磨后的納米Ti02烘干后與聚四氟乙烯按照一定比例進(jìn)行機(jī)械共混，控制納 米Ti02的重量百分比為混合粉料的3 15%，再將混合粉料放入模具中壓制成 型，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)得到稀土改性納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料，再通過機(jī)械加 工制成納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料試樣或零件。其中，稀土改性劑的組分包 括稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化銨、硝酸和尿素。 本發(fā)明的復(fù)合材料制備方法具體如下-
1、 將納米Ti02浸入稀土改性劑中浸泡2 5小時(shí)，過濾后烘干，得到經(jīng)過 稀土表面改性處理的納米Ti02。所述稀土改性劑的組分重量百分比為稀土化 合物0.2 2.3%，乙醇93.6 99.34%，乙二胺四乙酸0.03 0.7%，氯化銨0.2 1%，硝酸0.03 0.6%，尿素0.2 1.8%。
2、 將處理后的納米Ti02與蒸餾水混合，配成納米Ti02的重量百分比為l 10%的溶液，放入行星式球磨機(jī)中球磨15 65min，轉(zhuǎn)速為120 550r/min;將 球磨后的納米Ti02放入烘箱中充分烘干后，同聚四氟乙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混， 控制納米Ti02的重量百分比為混合粉料的3 15% 。
3、 將混合粉料放入不銹鋼模具中，在壓力機(jī)上壓制成型，壓力控制在30 40MPa，時(shí)間為30 50分鐘，加壓和卸壓過程均緩慢進(jìn)行。
4、 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 33(TC，然后再以3(TC/小時(shí)的速度升溫至390°C，保溫6 7小時(shí)， 得到納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料。
本發(fā)明得到的納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料，可再通過機(jī)械加工，制成納
米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料試樣或零件。
本發(fā)明中所述的稀土化合物可以為氯化鈰、氧化鑭、氧化鈰或氯化鑭。 所述的聚四氟乙烯包括以懸浮法聚合并經(jīng)細(xì)粉碎而成的各種牌號(hào)的聚四氟
乙烯樹脂，如SM021等。本發(fā)明采用稀土改性劑、球磨機(jī)處理納米Ti02，能夠更好地提高復(fù)合材料 的界面結(jié)合力，提高納米Ti02的分散性，從而更為明顯地提高復(fù)合材料的摩擦 學(xué)性能和力學(xué)性能，并且稀土改性劑處理工藝方法簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)環(huán)境無污 染。采用經(jīng)過稀土表面處理的納米Ti02填充聚四氟乙烯制成的復(fù)合材料和普通 的同類復(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l
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Ti02:南京海泰納米材料有限公司，平均粒徑為50 80nm。
1、 先對(duì)納米Ti02進(jìn)行預(yù)處理，將納米Ti02在室溫下浸入稀土改性劑中， 浸泡3小時(shí)，過濾后烘干，得到經(jīng)過稀土表面改性處理的納米Ti02。所述稀土 改性劑的組分重量百分比為氯化鈰0.8%，乙醇96.75%，乙二胺四乙酸0.3%， 氯化銨0.6%，硝酸0.35%，尿素1.2%。
2、 將處理后的納米Ti02與蒸熘水混合，配成納米Ti02的重量百分比為5 %的溶液，放入行星式球磨機(jī)中球磨40min，轉(zhuǎn)速為150r/min;將球磨后得到的 納米Ti02放入12(TC的烘箱中充分烘干，然后將聚四氟乙烯粉料與納米Ti02混 合，進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，混合粉料中，納米1102的重量百分比為6.5%，聚四氟 乙烯的重量百分比為93.5%。
3、 將混合粉料放入不銹鋼模具中，在壓力機(jī)上壓制成型，壓力控制在 40MPa，時(shí)間為30分鐘，加壓和卸壓過程均緩慢進(jìn)行。
4、 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330。C左右，然后再以30。C/小時(shí)的速度升溫至39(TC左右，保溫6小時(shí)， 得到納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料。
將上述所得納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料機(jī)械加工成20mmxl0mmxl0mm 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0.2，比磨損率為1.05xl0-14m3/N.m。
按照GB1040-79標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其拉伸強(qiáng)度為36.3MPa。
按照GB/T9341-2000標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其彎曲強(qiáng)度為56.3MPa。 實(shí)施例2
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Ti02:南京海泰納米材料有限公司，平均粒徑為50 80nm。
1、 先對(duì)納米Ti02進(jìn)行預(yù)處理，將納米Ti02在室溫下浸入稀土改性劑中， 浸泡2小時(shí)，過濾后烘干，得到經(jīng)過稀土表面改性處理的納米Ti02。所述稀土 改性劑的組分重量百分比為氧化鑭1%，乙醇96.9%，乙二胺四乙酸0.2%， 氯化銨0.5%，硝酸0.2%，尿素1.2%。
2、 將處理后的納米Ti02與蒸餾水混合，配成納米Ti02的重量百分比為8 %的溶液，放入行星式球磨機(jī)中球磨50min，轉(zhuǎn)速為230r/min;將球磨后得到的 納米Ti02放入12(TC的烘箱中充分烘干，然后將聚四氟乙烯粉料與納米Ti02混 合，進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，混合粉料中，納米Ti02的重量百分比為10%，聚四氟 乙烯的重量百分比為90%。
3、 將混合粉料放入不銹鋼模具中，在壓力機(jī)上壓制成型，壓力控制在 35MPa，時(shí)間為40分鐘，加壓和卸壓過程均緩慢進(jìn)行。
4、 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。C左右，然后再以30。C/小時(shí)的速度升溫至390。C左右，保溫6小時(shí)， 得到納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料。
將上述所得納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料機(jī)械加工成20mmx 1 Ommx 1 Omm 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0.21，比磨損 率為1.1xlO-14m3/N.m。
按照GB1040-79標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其拉伸強(qiáng)度為33.5MPa。
按照GB/T9341-2000標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其彎曲強(qiáng)度為52.8MPa。 實(shí)施例3
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Ti02:南京海泰納米材料有限公司，平均粒徑為50 80nm。
1、 先對(duì)納米Ti02進(jìn)行預(yù)處理，將納米Ti02在室溫下浸入稀土改性劑中， 浸泡5小時(shí)，過濾后烘干，得到經(jīng)過稀土表面改性處理的納米Ti02。所述稀土 改性劑的組分重量百分比為氧化鈰1.2%，乙醇96%，乙二胺四乙酸0.4%， 氯化銨0.6%，硝酸0.5%，尿素1.3%。
2、 將處理后的納米Ti02與蒸餾水混合，配成納米1102的重量百分比為10 %的溶液，放入行星式球磨機(jī)中球磨60min，轉(zhuǎn)速為420r/min;將球磨后得到的 納米Ti02放入12(TC的烘箱中充分烘干，然后將聚四氟乙烯粉料與納米Ti02混 合，進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械攪拌，混合粉料中，納米Ti02的重量百分比為12%，聚四氟 乙烯的重量百分比為88%。
3、 將混合粉料放入不銹鋼模具中，在壓力機(jī)上壓制成型，壓力控制在 30MPa，時(shí)間為50分鐘，加壓和卸壓過程均緩慢進(jìn)行。
4、 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33(TC左右，然后再以30'C/小時(shí)的速度升溫至39(TC左右，保溫7小時(shí)， 制得納米Ti02/聚四氟乙烯耐磨復(fù)合材料。
將上述所得納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料機(jī)械加工成20mmxl0mmxl0mm 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0.21，比磨損 率為U2xlO-14m3/N.m。
按照GB1040-79標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其拉伸強(qiáng)度為28.4MPa。
按照GB/T9341-2000標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其彎曲強(qiáng)度為49.5MPa。
權(quán)利要求
1、一種稀土改性納米TiO2/聚四氟乙烯復(fù)合材料制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將納米TiO2浸入稀土改性劑中浸泡2～5小時(shí)，過濾后烘干；所述稀土改性劑的組分重量百分比為稀土化合物0.2～2.3％，乙醇93.6～99.34％，乙二胺四乙酸0.03～0.7％，氯化銨0.2～1％，硝酸0.03～0.6％，尿素0.2～1.8％；2)將處理后的納米TiO2與蒸餾水混合，配成納米TiO2的重量百分比為1～10％的溶液，放入行星式球磨機(jī)中球磨15～65min，轉(zhuǎn)速為120～550r/min；將球磨后的納米TiO2放入烘箱中充分烘干后，同聚四氟乙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，控制納米TiO2的重量百分比為混合粉料的3～15％；3)將混合粉料放入不銹鋼模具中，在壓力機(jī)上壓制成型，壓力控制在30～40MPa，時(shí)間為30～50分鐘，加壓和卸壓過程均緩慢進(jìn)行；4)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320～330℃，然后再以30℃/小時(shí)的速度升溫至390℃，保溫6～7小時(shí)，得到納米TiO2/聚四氟乙烯復(fù)合材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的稀土改性納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料制備方法， 其特征在于所述的稀土化合物為氯化鈰、氧化鑭、氧化鈰或氯化鑭。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的稀土改性納米Ti02/聚四氟乙烯復(fù)合材料制備方法，其 特征在于所述的聚四氟乙烯為采用懸浮法聚合并經(jīng)細(xì)粉碎而成的聚四氟乙烯粉
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土改性納米TiO₂/聚四氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，先在室溫下采用稀土改性劑對(duì)納米TiO₂進(jìn)行表面改性處理，再將處理后的納米TiO₂放入球磨機(jī)中球磨，然后將球磨后的納米TiO₂同聚四氟乙烯粉料進(jìn)行機(jī)械共混，控制納米TiO₂的重量百分比為混合粉料的3～15％，再將混合粉料放入模具中壓制成型，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制成復(fù)合材料。其中，稀土改性劑由稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化銨、硝酸和尿素配制而成。本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)環(huán)境無污染，制得的稀土改性納米TiO₂/聚四氟乙烯復(fù)合材料具有很好的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。
文檔編號(hào)C08L27/18GK101629004SQ20091005561
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者亮 俞, 孫志永, 程先華, 程海正 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)