一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料及其制备方法和应用

本发明涉及润滑材料，尤其涉及一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚合物/金属复合滑动轴承广泛应用于航空航天与海洋工程领域的重载、高速、高低温和腐蚀性等苛刻工况。聚合物是轴承实现耐磨润滑功能的核心材料，多以自润滑、耐腐蚀与高柔韧的聚四氟乙烯树脂为基体。但受制于聚四氟乙烯易蠕变、耐磨性差、导热不足的自身特性，往往在摩擦过程中因承压变形、热变形与磨损而润滑失效，因而通常需要以粘接或镶嵌的方式与金属复合后使用。近年来，通过引入不同尺度的无机纤维、碳材料、金属氧化物和聚合物等功能填料，在相当程度上改善了聚四氟乙烯树脂的耐磨性、耐热性、承载能力和尺寸稳定性。然而，聚四氟乙烯仍然是唯一的连续相，导致复合材料力学性能、导热性与耐磨性仍然在相当程度上取决于聚四氟乙烯，是限制聚四氟乙烯复合材料综合性能提升的主要问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料及其制备方法和应用。本发明制备的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料具有高强度、高导热、高耐磨与低摩擦系数以及低吸水的特点，无需与金属粘接或镶嵌，应用于滑动轴承的润滑部件可有效提升其服役性能与使用寿命。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将聚四氟乙烯乳液、增强填料和表面活性剂混合，得到混合乳液；

5、将三维连通的泡沫金属在所述混合乳液中进行真空辅助浸渍后干燥，所述真空辅助浸渍和干燥重复进行，得到复合材料；

6、将所述复合材料进行烧结，得到所述聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料。

7、优选地，所述聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的粒径为100～500nm，质量含量为30～60％。

8、优选地，所述增强填料为碳纳米管，所述碳纳米管的直径为20～70nm，长径比为10～200。

9、优选地，所述表面活性剂为n-氯代十六烷基吡啶、聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯、十二烷基硫酸钠和月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

10、优选地，所述聚四氟乙烯乳液与增强填料的质量比为(88～98.5)：(0.5～2)，所述表面活性剂的质量为聚四氟乙烯乳液质量的0.5～5％。

11、优选地，所述三维连通的泡沫金属的材质为镍、铜、铁、铜镍合金或铁基合金；所述三维连通的泡沫金属的开孔率为90～99％，每英寸开孔数为50～300；所述混合乳液中聚四氟乙烯乳液与三维连通的泡沫金属的质量比为(88～98.5)：(1～10)。

12、优选地，所述真空辅助浸渍的真空度为-(0.01～0.08)mpa；所述真空辅助浸渍和干燥的重复次数为3～20次，单次真空辅助浸渍的时间为1～5min，单次干燥的温度为60～100℃，时间为1～6min。

13、优选地，所述烧结的温度为350～380℃，时间为30～360min。

14、本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料。

15、本发明提供了以上技术方案所述聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料在制备润滑轴承中的应用。

16、本发明提供了一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料的制备方法，包括以下步骤：将聚四氟乙烯乳液、增强填料和表面活性剂混合，得到混合乳液；将三维连通的泡沫金属在所述混合乳液中进行真空辅助浸渍后干燥，所述真空辅助浸渍和干燥重复进行，得到复合材料；将所述复合材料进行烧结，得到所述聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料。本发明以分散型聚四氟乙烯乳液为原料，以三维连通的泡沫金属为增强骨架，构建三维连通泡沫金属-聚四氟乙烯双连续相复合材料，能够突破传统填料增强作用受界面规模尺度限制的瓶颈问题，全面提升复合材料综合性能。本发明采用小粒径聚四氟乙烯乳液为主要原料，引入增强填料进一步提升复合材料导热性，并通过表面活性剂提升其分散性，从而使得增强填料与ptfe乳液混合均匀，增强材料的界面结合，提升材料的导热与强度，并降低其吸水率；通过反复真空辅助浸渍降低复合材料孔隙率，从而提升其力学性能并控制其吸水率；采用自由烧结工艺避免熔融树脂注入对金属骨架完整性及强度的损伤，保障复合材料力学强度不受成型工艺影响。

17、本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料。本发明提供的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料具有高强度、高导热、高耐磨与低摩擦系数以及低吸水的特点，用于制造滑动轴承无需与金属粘接或镶嵌，特别适用于介质环境，尤其是海水环境下服役的水润滑轴承的应用需求，可有效提升其服役性能与使用寿命。

18、实施例结果表明，本发明制备的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料，拉伸强度为25～42mpa，导热系数为0.7～2.5w/(m·k)，对海水24h吸水率为0.02～0.05％，摩擦系数为0.05～0.17，磨损率为(1.1～7.9)×10-5mm3/nm。可见，本发明制备的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料具有优于聚四氟乙烯的耐磨损性能和导热系数，应用为水润滑材料具有较低的吸水率、摩擦系数和磨损率，尤其适合应用制造海水环境下服役的润滑轴承。

技术特征：

1.一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的粒径为100～500nm，质量含量为30～60％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增强填料为碳纳米管，所述碳纳米管的直径为20～70nm，长径比为10～200。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为n-氯代十六烷基吡啶、聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯、十二烷基硫酸钠和月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯乳液与增强填料的质量比为(88～98.5)：(0.5～2)，所述表面活性剂的质量为聚四氟乙烯乳液质量的0.5～5％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三维连通的泡沫金属的材质为镍、铜、铁、铜镍合金或铁基合金；所述三维连通的泡沫金属的开孔率为90～99％，每英寸开孔数为50～300；所述混合乳液中聚四氟乙烯乳液与三维连通的泡沫金属的质量比为(88～98.5)：(1～10)。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空辅助浸渍的真空度为-(0.01～0.08)mpa；所述真空辅助浸渍和干燥的重复次数为3～20次，单次真空辅助浸渍的时间为1～5min，单次干燥的温度为60～100℃，时间为1～6min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为350～380℃，时间为30～360min。

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料。

10.权利要求9所述聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料在制备润滑轴承中的应用。

技术总结本发明提供了一种聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料及其制备方法和应用，涉及润滑材料技术领域。本发明将聚四氟乙烯乳液、增强填料和表面活性剂混合，得到混合乳液；将三维连通的泡沫金属在所述混合乳液中进行真空辅助浸渍后干燥，所述真空辅助浸渍和干燥重复进行，得到复合材料；将所述复合材料进行烧结，得到所述聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料。本发明制备的聚四氟乙烯基双连续相水润滑材料具有高强度、高导热、高耐磨与低摩擦系数以及低吸水的特点，用于制造滑动轴承无需与金属粘接或镶嵌，特别适用于介质环境，尤其是海水环境下服役的水润滑轴承的应用需求，可有效提升其服役性能与使用寿命。技术研发人员：王云霞,苏瑜洁,刘昊受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/2/6