低摩擦高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料及制备方法

摘要

一种低摩擦高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料及制备方法，属自润滑复合材料，该自润滑复合材料的重量成分比为：二硫化钼1％~10％，纳米氧化铝占4％～20％，聚四氟乙烯占70％~95％。将上述三种组成成分80－120℃烘干3－4小时，通过机械高速搅拌充分混合后，模压成型，然后在烧结炉中加热到370－390℃，保温1－3小时，随炉冷却后，得到本发明的复合材料。该复合材料与纳米氧化铝与聚四氟乙烯复合材料(未填充二硫化钼)相比，干滑动摩擦系数降低20％，磨损寿命提高30％以上，综合摩擦性能优越，可用于制造自润滑的轴承，替代滚动轴承，应用前景广阔。

说明书

一、技术领域

本发明涉及低摩擦高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，属自润滑复合材料。

二、背景技术

随着经济、技术与生态方面的原因，自润滑材料在轴承领域的应用是目前的发展趋势，由于自润滑材料轴承无需油脂润滑，无需设计润滑系统，从使机械设备的设计大大简化。近年来，随着国际环境体系标准(ISO14000)的推广，人们对工作环境提出了的要求，洁净工作受到青睐，传统的使用油脂润滑的机械设备受到挑战，尤其在食品加工、核电以及航空航天工业等行业中，自润滑轴承已经成功地全部或部分取代油脂润滑的滚动轴承。遗憾的是自润滑轴承在使用的过程中普遍存在摩擦系数大、使用寿命低的缺点。

国内外常用的塑料自润滑材料有：聚四氟乙烯(PTFE)复合材料、聚甲醛(POM)复合材料、油尼龙(Nylon)、聚醚醚酮(PEEK)复合材料以及超高分子量(UHMWPE)复合材料等等，这些复合材料具备摩擦系数低的优点，但耐磨性也低，应用范围受到限制，因此长寿命自润滑复合材料是目前国际轴承领域研究的热点问题之一。在这些塑料自润滑复合材料中，由于聚四氟乙烯摩擦系数最低，化学稳定性高，热稳定性好，通过添加填料，聚四氟乙烯复合材料的耐磨性显著提高，因此聚四氟乙烯复合材料应用最广泛。在聚四氟乙烯的填料中，以玻璃纤维应用最大，但使用中发现玻璃纤维聚四氟乙烯复合材料存在磨损轴的问题，人们寻求新的填料，最杰出的工作之一是，采用纳米氧化铝作为填料，据报导，纳米氧化铝聚四氟乙烯复合材料可以将纯聚四氟乙烯的耐磨性提高大约600倍，但摩擦系数却增加30％以上。 

三、发明内容

本发明的目的是提供一种低摩擦高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料。其特点是在纳米氧化铝与聚四氟乙烯复合材料的基础上，添加二硫化钼粉，制备出二硫化钼、纳米氧化铝与聚四氟乙烯复合材料，与纳米氧化铝与聚四氟乙烯复合材料(未填充二硫化钼)相比，干滑动摩擦系数降低大约20％，磨损寿命提高30％以上。

实现本发明低摩擦高耐磨性的聚四氟乙烯复合材料制备的方法是：将二硫化钼粉，纳米氧化铝以及聚四氟乙烯，80-120℃烘干3-4小时，通过机械高速搅拌充分混合后，模压成型，然后在烧结炉中加热到370-390℃，保温1-3小时，随炉冷却后，得到本发明的复合材料。

本发明各组成成分重量百分比为：二硫化钼1％～10％，纳米氧化铝占4％～20％，聚四氟乙烯占70％～95％。使干滑动摩擦系数降低20％，磨损寿命提高30％以上。由于这种聚四氟乙烯复合材料的综合摩擦性能优越，可用于制造自润滑的轴承，替代滚动轴承，应用前景广阔。

四、具体实施方式

以下结合几个具体实例进一步说明本发明的效果。

表1、表2与表3是未添加二硫化钼的纳米氧化铝与聚四氟乙烯与添加二硫化钼、纳米氧化铝与聚四氟乙烯干摩擦磨损实验的结果比较。

实施1：

添加二硫化钼复合材料：二硫化钼(粒度30μm)1％，纳米氧化铝(粒度80nm)20％，聚四氟乙烯(粒度80μm)77％

不添加二硫化钼复合材料：纳米氧化铝(粒度80nm)20％，聚四氟乙烯(粒度80μm)80％

实验条件：对磨件为GCr15，硬度61 HRC，表面粗糙度Ra 0.1μm，往复频率1Hz，正接触应力8MPa，相对湿度70％。在往复滑动摩擦实验机上完成，实验结果见表1：

表1  添加二硫化钼与不添加二硫化钼的复合材料干滑动摩擦性能

  未添加二硫化钼  添加二硫化钼  摩擦系数  比磨损率(mm³/Nm)  率(mm³/Nm)  摩擦系数  比磨损  0.12～0.15  1.9×10^-7  2.5×10^-7  0.08～0.012

实施例2：

添加二硫化钼复合材料：二硫化钼5％，纳米氧化铝20％，聚四氟乙烯75％，(粒度同上)

不添加二硫化钼复合材料：纳米氧化铝20％，聚四氟乙烯80％，(粒度同上)实验条件同实施例1。

表2  添加二硫化钼与未添加二硫化钼的复合材料干滑动摩擦性能

  未添加二硫化钼  添加二硫化钼  摩擦系数  比磨损率(mm³/Nm)  (mm³/Nm)  摩擦系数  比磨损率  0.12～0.15  1.2×10^-7  2.5×10^-7  0.07～0.10

实施例3：

添加二硫化钼复合材料：二硫化钼10％，纳米氧化铝20％，聚四氟乙烯70％，(粒度同上)

不添加二硫化钼复合材料：纳米氧化铝20％，聚四氟乙烯80％，(粒度同上)

实验条件同实施例1。

表3  添加二硫化钼与未添加二硫化钼的复合材料干滑动摩擦性能

  未添加二硫化钼  添加二硫化钼  摩擦系数  比磨损率(mm³/Nm)  (mm³/Nm)  摩擦系数  比磨损率  0.12～0.15  1.5×10^-7  2.5×10^-7  0.06～0.09