[發(fā)明專利]聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑/聚四氟乙烯復(fù)合材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810200044.3
• 申請(qǐng)日: 2008-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101353433A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程先華;俞亮;孫志永;吳建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/06
• 分類號(hào): C08J5/06;C08L27/18;C08L79/04;B29C69/02;B29C43/58;B29C67/04
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 毛翠瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種稀土處理聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑(PBO)纖維填充聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)合材料的制備方法。采用經(jīng)過(guò)稀土表面處理的PBO纖維填充PTFE復(fù)合材料，以獲得比較高的界面結(jié)合力，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)

熱塑性復(fù)合材料具有成型工藝簡(jiǎn)單、成本低、可回收重復(fù)使用等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此成為摩擦學(xué)領(lǐng)域中頗具吸引力的工程材料之一。作為最富有潛力的減摩材料，聚四氟乙烯(PTFE)具有極低的摩擦系數(shù)、優(yōu)良的自潤(rùn)滑特性、較寬的使用溫度范圍和耐腐蝕性，是一種理想的自潤(rùn)滑材料。但是，純PTFE機(jī)械性能差、線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致其磨損量大，因而不適于單獨(dú)作耐磨材料使用。填充改性是PTFE在摩擦學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用所采用的主要方法，并使其成為一種PTFE基復(fù)合材料。填充改性的主要目的包括：(1)提高耐磨性，如填充金屬、金屬化合物、玻璃纖維、碳纖維等；(2)減摩，如填充石墨、鉛粉、MoS₂等固體潤(rùn)滑劑。PTFE基復(fù)合材料大體可分為顆粒填充和纖維填充兩類。填料的形態(tài)、性質(zhì)和含量影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，進(jìn)而影響其摩擦磨損性能。當(dāng)填料含量相同時(shí)，纖狀填料對(duì)材料力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的改善最明顯。纖維具有很高的強(qiáng)度和剛度以及良好的導(dǎo)熱性，可改善聚合物的摩擦磨損性能，并提高復(fù)合材料機(jī)械性能和使用壽命。

PBO纖維是20世紀(jì)90年代由日本東洋紡公司開(kāi)發(fā)的高性能纖維，其化學(xué)名為聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑纖維(Poly-p-phenylene?benzobisthiasole)，商品名為Zylon。PBO纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐熱性、阻燃性四大特點(diǎn)。抗拉強(qiáng)度達(dá)5.8Gpa、拉伸模量最高可達(dá)280-380GPa，該模量被認(rèn)為是直鏈高分子聚合物的極限模量。PBO纖維沒(méi)有熔點(diǎn)，即使在高溫下也不熔融，是迄今為止耐熱性最高的有機(jī)纖維材料之一，這主要是因?yàn)槠浞枷阒麈湥瑒傂苑肿渔湽?jié)和高度有序排列而使熱分解溫度很高，再加上PBO纖維主鏈上雜環(huán)的存在，而使其分解溫度高達(dá)650℃，可在300℃下長(zhǎng)期的使用。PBO纖維的極限氧指數(shù)(LOI)為68，為有機(jī)纖維中的最高值，即使在750℃燃燒時(shí)所產(chǎn)生的一氧化碳、氰氫酸等有毒氣體也相當(dāng)少。PBO纖維的熱尺寸穩(wěn)定性好，具有負(fù)的線膨脹系數(shù)，熱及水分對(duì)它的尺寸變化影響很小。PBO纖維的耐化學(xué)穩(wěn)定性很高，在幾乎所有的有機(jī)溶劑或堿溶液中都是穩(wěn)定的，其強(qiáng)度幾乎無(wú)變化。PBO纖維在受沖擊時(shí)纖維可原纖化吸收大量的沖擊能，是十分優(yōu)異的耐沖擊材料。PBO纖維復(fù)合材料的最大沖擊載荷和能量吸收均高于芳綸和碳纖維。因此，PBO纖維被譽(yù)為“21世紀(jì)的超級(jí)纖維”。

將PBO纖維用于填充PTFE，將會(huì)獲得良好的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。但PBO分子規(guī)則有序的取向結(jié)構(gòu)又使得纖維表面非常光滑，且分子鏈上的極性雜原子絕大部分包裹在纖維內(nèi)部，纖維表面極性也很小，這使纖維不易與樹(shù)脂浸潤(rùn)，導(dǎo)致纖維與樹(shù)脂基體結(jié)合的界面性能差，界面剪切強(qiáng)度低，不能較好地進(jìn)行力的傳遞，影響了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮，限制了PBO纖維在先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。所以，為了充分發(fā)揮PBO纖維的增強(qiáng)效果，必須對(duì)PBO纖維表面進(jìn)行改性處理，使PBO纖維表面粗化，或者增加PBO纖維表面極性官能團(tuán)數(shù)量，提高PBO纖維表面的自由能，從而提高PBO纖維與樹(shù)脂基體的界面粘接強(qiáng)度。

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，提供一種聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑/聚四氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，能很好的改善PBO纖維和PTFE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，先對(duì)PBO纖維進(jìn)行預(yù)處理以去除表面殘留的有機(jī)物，再采用稀土改性劑對(duì)PBO纖維進(jìn)行表面改性處理，然后將處理后的PBO纖維短切，同PTFE模塑粉進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)力攪拌，最后將混合粉料放入不銹鋼模具中熱壓成型，制成復(fù)合材料。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)明的方法具體為：

首先，對(duì)PBO纖維進(jìn)行預(yù)處理，在400～650℃馬福爐中燒蝕1～1.5小時(shí)，使其表面有機(jī)物殘留量在1％以下。然后將PBO纖維浸入稀土改性劑中浸泡1～4小時(shí)，過(guò)濾后烘干；