高分子填充改性材料及其成型工艺的制作方法

1.本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及高分子填充改性材料及其成型工艺技术领域。


背景技术：

2.高分子材料是以高分子化合物为基础的材料的总称，是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，材料的改性可以通过物理、机械或化学的方式作用使高分子材料原有性能得到改善。
3.高分子改性材料可以代替金属用作结构材料，具有机械强度高、耐高低温、耐腐蚀和抗压强度大等优良的综合性能。
4.聚四氟乙烯是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。聚四氟乙烯性能好，是目前应用于动密封的关键材料，但其在使用过程中，易冷流、抗蠕变和回弹性能差，导致聚四氟乙烯密封材料的密封可靠性和寿命难以满足实际应用需求。因此，在实际使用过程中，可将聚四氟乙烯与其他材料进行复合，在保持聚四氟乙烯优良特性基础上，利用复合材料的综合特性，弥补其本身的缺点，提高材料的强度、刚性、尺寸稳定性、回弹性和耐磨性，从而满足应用需求。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提出高分子填充改性材料及其成型工艺，旨在解决现有聚四氟乙烯抗蠕变性、耐磨性和回弹性差的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提出高分子填充改性材料，改性材料包括以下重量百分比的原料：
7.聚四氟乙烯 50
‑
75％
8.聚酰亚胺
ꢀꢀꢀ
10
‑
25％
9.聚苯酯
ꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
20％
10.其中，所述聚四氟乙烯为悬浮聚四氟乙烯树脂，聚四氟乙烯细树脂的粒径为15μm
‑
50μm，所述聚四氟乙烯的数均分子量为800
‑
1200万；所述聚酰亚胺的粒度为300
‑
500目；所述聚苯酯的粒度为300
‑
500目。
11.优选地，所述聚酰亚胺和聚苯酯为填充材料。
12.优选地，当聚四氟乙烯重量百分比为70％，聚酰亚胺重量百分比为20％，聚苯酯重量百分比为10％时，改性材料性能最佳。
13.高分子填充改性材料的成型工艺，包括以下成型步骤：
14.步骤一：将聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯酯按照重量比称重，再将其依次加入至高速混合机内进行充分混合；
15.步骤二：将混合后的原料放入模具内，并压制成型；
16.步骤三：将成型后的原料放入烧结炉进行烧结；
17.步骤四：将烧结后的半成品进行机械加工，得到密封件成品。
18.优选地，在步骤一中，高速混合机的混合转速为1000
‑
1800r/min，混合温度为22
‑
32℃，混合次数为3
‑
5次，每次混合时间为10
‑
20min。
19.优选地，在步骤二中，压制成型采用的压制力为20
‑
60mpa，压制时间为5
‑
15min。
20.优选地，在步骤三中，烧结温度为320
‑
380℃，升温速率为5℃/min，升温时间为60
‑
120min，升温后进行保温，保温时间为2
‑
3h，再冷却至常温。
21.优选地，在步骤四中，在进行机械加工前，需对半成品进行液压油高低温处理。
22.本发明技术方案的有益效果在于：
23.本发明的高分子填充改性材料，本发明采用聚酰亚胺和聚苯酯作为填充材料来改变聚四氯乙烯的性能；聚四氯乙烯具有结晶度高、相对分子质量大、分子无支链的特点，且由于聚四氯乙烯分子间的吸引力较小，受到剪切应力后，容易使分子间产生滑移，导致聚四氯乙烯的耐磨性差，因此，在聚四氟乙烯中添加聚酰亚胺和聚苯酯，使聚四氟乙烯与聚酰亚胺和聚苯酯的化学键相结合，使改性后的聚四氯乙烯的拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降，性能增强。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.本发明提供了高分子填充改性材料，改性材料包括以下重量百分比的原料：
27.聚四氟乙烯50
‑
75％
28.聚酰亚胺10
‑
25％
29.聚苯酯5
‑
20％
30.其中，聚四氟乙烯为悬浮聚四氟乙烯树脂，聚四氟乙烯细树脂的粒径为15μm
‑
50μm，聚四氟乙烯的数均分子量为800
‑
1200万；聚酰亚胺的粒度为300
‑
500目；聚苯酯的粒度为300
‑
500目。
31.本发明采用聚酰亚胺和聚苯酯作为填充材料来改变聚四氯乙烯的性能。聚四氯乙烯具有结晶度高、相对分子质量大、分子无支链的特点，且由于聚四氯乙烯分子间的吸引力较小，受到剪切应力后，容易使分子间产生滑移，导致聚四氯乙烯的耐磨性差，因此，在聚四氟乙烯中添加聚酰亚胺和聚苯酯，使聚四氟乙烯与聚酰亚胺和聚苯酯的化学键相结合，使改性后的聚四氯乙烯的拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降，性能增强。
32.本发明通过利用聚酰亚胺和聚苯酯两种无机材料作为聚四氟乙烯的填充性材料，具有成本低廉，适用性广的特点，实现聚四氟乙烯的性能的进一步提升，且在混料过程中，不会出现混料不均和团聚的问题。
33.在一个较佳实施例中，当聚四氟乙烯重量百分比为70％，聚酰亚胺重量百分比为20％，聚苯酯重量百分比为10％时，改性材料性能最佳。性能最佳主要是指当聚四氟乙烯重量百分比为70％，聚酰亚胺重量百分比为20％，聚苯酯重量百分比为10％时，使用改性后的
聚四氟乙烯制作的成品密封材料的硬度和抗磨损性能达到最佳状态。
34.实施例1
35.高分子填充改性材料的成型工艺，包括以下成型步骤：
36.步骤一：将聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯酯按照重量比称重，再将其依次加入至高速混合机内进行充分混合；
37.步骤二：将混合后的原料放入模具内，并压制成型；
38.步骤三：将成型后的原料放入烧结炉进行烧结；
39.步骤四：将烧结后的半成品进行机械加工，得到密封件成品。
40.在步骤一中，高速混合机的混合转速为1000
‑
1800r/min，混合温度为22
‑
32℃，混合次数为3
‑
5次，每次混合时间为10
‑
20min。高速混合机是用于将聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯酯原料均匀混合的设备，混合时温度通常在25
‑
28℃之间，混合次数优选5次，混合次数越多，则混合的越充分，不会出现混合不均和材料团聚的现象，保证后续加工正常运行，且不会影响聚四氟乙烯的相关性能。
41.在步骤二中，压制成型采用的压制力为20
‑
60mpa，压制时间为5
‑
15min。压制成型是利用压力将置于模具内的粉料压紧至结构紧密，形成具有一定形状和尺寸的坯体，压制成型工艺简单，压制品尺寸范围宽，易于操作。
42.在步骤三中，烧结温度为320
‑
380℃，升温速率为5℃/min，升温时间为60
‑
120min，升温后进行保温，保温时间为2
‑
3h，再冷却至常温。烧结是将压制成型后的半成品进行烧结形成致密体，半成品进行烧结后，其晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布会发生变化，从而达到影响半成品的性能的目的。
43.在步骤四中，在进行机械加工前，需对半成品进行液压油高低温处理。通过液压油处理后的成品其抗磨损性强。
44.实施例2
45.高分子填充改性材料的成型工艺，包括以下成型步骤：
46.步骤一：将聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯酯按照重量比称重，再将其依次加入至高速混合机内进行充分混合；
47.步骤二：将混合后的原料放入模具内，并压制成型；
48.步骤三：将成型后的原料放入烧结炉进行烧结；
49.步骤四：将烧结后的半成品进行机械加工，得到密封件成品。
50.在步骤一中，高速混合机的混合转速为1000r/min，混合温度为22℃，混合次数为3次，每次混合时间为10min。
51.在步骤二中，压制成型采用的压制力为20mpa，压制时间为5min。
52.在步骤三中，烧结温度为320℃，升温速率为5℃/min，升温时间为60min，升温后进行保温，保温时间为2h，再冷却至常温。
53.在步骤四中，在进行机械加工前，需对半成品进行液压油高低温处理。
54.实施例3
55.高分子填充改性材料的成型工艺，包括以下成型步骤：
56.步骤一：将聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯酯按照重量比称重，再将其依次加入至高速混合机内进行充分混合；
57.步骤二：将混合后的原料放入模具内，并压制成型；
58.步骤三：将成型后的原料放入烧结炉进行烧结；
59.步骤四：将烧结后的半成品进行机械加工，得到密封件成品。
60.在步骤一中，高速混合机的混合转速为1800r/min，混合温度为32℃，混合次数为5次，每次混合时间为20min。
61.在步骤二中，压制成型采用的压制力为60mpa，压制时间为15min。
62.在步骤三中，烧结温度为380℃，升温速率为5℃/min，升温时间为120min，升温后进行保温，保温时间为3h，再冷却至常温。
63.在步骤四中，在进行机械加工前，需对半成品进行液压油高低温处理。
64.实施例4
65.高分子填充改性材料的成型工艺，包括以下成型步骤：
66.步骤一：将聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚苯酯按照重量比称重，再将其依次加入至高速混合机内进行充分混合；
67.步骤二：将混合后的原料放入模具内，并压制成型；
68.步骤三：将成型后的原料放入烧结炉进行烧结；
69.步骤四：将烧结后的半成品进行机械加工，得到密封件成品。
70.在步骤一中，高速混合机的混合转速为1500r/min，混合温度为26℃，混合次数为4次，每次混合时间为15min。
71.在步骤二中，压制成型采用的压制力为40mpa，压制时间为10min。
72.在步骤三中，烧结温度为350℃，升温速率为5℃/min，升温时间为90min，升温后进行保温，保温时间为2.5h，再冷却至常温。
73.在步骤四中，在进行机械加工前，需对半成品进行液压油高低温处理。
74.以下结合具体实施方式对复合材料硬度进行进一步说明：
75.随着聚苯酯和聚酰亚胺添加量的增加，复合材料的硬度随之增大。
76.聚苯酯属于刚性填料，其硬度大于聚四氟乙烯，因此，聚苯酯填充聚四氟乙烯后，复合材料的刚性增加，韧性减小，抗形变能力增加，复合材料的塑性变形减小，硬度变大，使材料拉伸性能下降。
77.聚酰亚胺填充聚四氟乙烯后，复合材料的结晶度下降、熔点上升，随着聚酰亚胺含量的增加，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降，但抗蠕变性能显著提升，在进行摩擦实验时，聚酰亚胺有效承担了摩擦载荷，当聚酰亚胺填充质量分数在20％时，可使复合材料的体积磨损率降低5个数量级，在有效提升聚四氟乙烯耐磨损性能的同时维持了聚四氟乙烯良好的低摩擦特性。
78.综上，本发明的高分子填充改性材料使用聚酰亚胺和聚苯酯两种填充材料，使复合材料的拉伸强度和断裂伸长率明显下降，还能进一步提升复合材料的抗蠕变性能和耐磨损性能。
79.以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，文中的文字部分不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书的内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。