CN105802105A - 一种纳米耐磨塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种纳米耐磨塑料及其制备方法，原料为聚四氟乙烯、纳米三氧化二铝、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、石墨、青铜粉和玻璃纤维，产品强度高，拉伸强度60‑100MPa，布氏硬度25‑45；外观好，无缺口简支梁冲击强度15‑35kJ/m2，维卡软化点140‑160℃；氧指数22‑26%，弯曲强度25‑45MPa，撕裂强度30‑50N/mm；摩擦系数0.01‑0.1，断裂伸长率350‑550%，摩擦磨损性最佳，成本低廉，操作简单，可以广泛生产并不断代替现有材料。
Description
技术领域
本申请属于聚四氟乙烯材料领域，尤其涉及一种纳米耐磨塑料及其制备方法。
背景技术
纳米材料学是近年来刚刚兴起的一个完全崭新的科学领域，它涉及到聚集态物理、化学、材料、生物学等多领域的知识。“纳米技术”的核心内容是如何解决纳米粒子的团聚问题，由于纳米粒子本身极易团聚，要得到单个分散的纳米粒子非常困难，如何使纳米粒子均匀地分散到基体中去是“纳米技术”的关键技术。
目前从“纳米技术”的应用研究报导中分析，能实行产业化的方法有二种：1、纳米插层化技术,即通过插层化处理的n-MMT , 制成有一定密实程度，尺寸均匀的母粒，再将这种母粒经过拌和共混和造粒，解决纳米材料在基体中分散不均匀的难题,制成纳米复合材料。2、利用振动磨分散法可使纳米粒子在基体中均匀分散，基本不产生团聚,真正做到了纳米级分散。
“纳米塑料”是指基体为高分子聚合物，通过纳米粒子在塑料树脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐热、耐候、耐磨等性能。“纳米塑料”能使普通塑料具有象陶瓷材料一样的刚性和耐热性，同时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐冲击性和易加工性。目前，能实行产业化的有通过纳米粒子改性的NPE、NPET和NPA6(即纳米聚乙烯、纳米PET聚脂、纳米尼龙6）利用纳米粒子，将银（Ag+）设计到粒子表面的微孔中并稳定，就能制成纳米栽银抗菌材料，将这种材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉，自洁等优良性能，使其成为绿色环保产品。目前，已在ABS、SPVC、HIPS、PP塑料中得到应用。
“纳米塑料”是一种高科技的新材料，具有很好的发展前景，由于国内对这种新材料还缺乏认识，没有完整的质量保证体系和严密的生产管理，正处于一种“一哄而上”的形势，鱼目混珠，真假难辩，使“纳米塑料”一开始便面临“夭折”的危险，所以笔者迫切希望国家有关部门能通过相应的标准和法规来保护这一新材料，促进它的健康成长。
“纳米”是一个长度的计量单位，它的尺度是10亿分之1米（10-9m)。一般来说，纳米材料是指两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级。纳米粒子粒径很小，表面能很大，极易团聚，所以如何制取纳米粒子本身就是一个非常复杂的技术问题。目前能制作和利用的纳米粒子多为无机纳米粒子，能有效地对塑料进行改性的纳米粒子是SiO2、TiO2、CaCO3 ， 蒙拓土（MMT）等。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种强度高、耐摩擦的纳米耐磨塑料及其制备方法是非常必要的。
聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE，一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易清洁水管内层的理想涂料。
聚四氟乙烯管材选用悬浮聚合聚四氟乙烯树脂经柱塞挤压加工制成。在已知塑料中聚四氟乙烯具有最好的耐化学腐蚀性能及介电性能。聚四氟乙烯编织盘根是一种良好的动密封材料，是由膨体聚四氯乙烯带条编织而成，具有低摩擦系数、耐磨、耐化学腐蚀、密封性良好、不水解、不变硬等优良性能。用于各种介质中工作的衬垫密封件和润滑材料，以及在各种频率下使用的电绝缘件、电容器介质、导线绝缘、电器仪表绝缘等。聚四氟乙烯 薄膜适用于作电容器介质、 特种电缆的绝缘层、导线绝缘、电器仪表绝缘及密封衬垫，还可做不粘带、密封带、脱模、密封圈等。 此外，生活中用的不粘锅的内衬也使用聚四氟乙烯制作的，就是利用了聚四氟乙烯耐高温，不粘的特点。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对上述技术问题，提供一种纳米耐磨塑料及其制备方法，解决现有纳米塑料拉伸强度低、摩擦磨损性差和冲击强度低等技术问题。
技术方案：
一种纳米耐磨塑料，所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝8-12份；甲基丙烯酸甲酯20-40份；偶氮二异丁腈1-10份；纳米二氧化硅2-8份；纳米氧化锌5-25份；纳米二氧化钛3-7份；纳米氧化钙4-8份；纳米三氧化二铁2-6份；石墨为1.5-3.5份；玻璃纤维6-10份；青铜粉5-7份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝9-11份；甲基丙烯酸甲酯25-35份；偶氮二异丁腈2-8份；纳米二氧化硅3-7份；纳米氧化锌10-20份；纳米二氧化钛4-6份；纳米氧化钙5-7份；纳米三氧化二铁3-5份；石墨为2-3份；玻璃纤维7-9份；青铜粉5.5-6.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝9份；甲基丙烯酸甲酯25份；偶氮二异丁腈2份；纳米二氧化硅3份；纳米氧化锌10份；纳米二氧化钛4份；纳米氧化钙5份；纳米三氧化二铁3份；石墨为2份；玻璃纤维7份；青铜粉5.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝11份；甲基丙烯酸甲酯35份；偶氮二异丁腈8份；纳米二氧化硅7份；纳米氧化锌20份；纳米二氧化钛6份；纳米氧化钙7份；纳米三氧化二铁5份；石墨为3份；玻璃纤维9份；青铜粉6.5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝10份；甲基丙烯酸甲酯30份；偶氮二异丁腈5份；纳米二氧化硅5份；纳米氧化锌15份；纳米二氧化钛5份；纳米氧化钙6份；纳米三氧化二铁4份；石墨为2.5份；玻璃纤维8份；青铜粉6份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米耐磨塑料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取聚四氟乙烯、纳米三氧化二铝、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米二氧化硅、石墨、青铜粉和玻璃纤维；
第二步：将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在80-100℃下烘干10-30min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至40-60℃，混合5-10min；
第三步：混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150-160℃、155-165℃、160-170℃、165-175℃、170-180℃，螺杆温度175-185℃，机头温度180-190℃，螺杆转速60-80r/min，投料转速20-40
r/min。
有益效果：
本发明所述一种纳米耐磨塑料及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品强度高，拉伸强度60-100MPa，布氏硬度25-45；2、外观好，无缺口简支梁冲击强度15-35kJ/m2，维卡软化点140-160℃；3、氧指数22-26%，弯曲强度25-45MPa，撕裂强度30-50N/mm；4、摩擦系数0.01-0.1，断裂伸长率350-550%，摩擦磨损性最佳，成本低廉，操作简单，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例
1:
按照重量份数配比称取聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝8份；甲基丙烯酸甲酯20份；偶氮二异丁腈1份；纳米二氧化硅2份；纳米氧化锌5份；纳米二氧化钛3份；纳米氧化钙4份；纳米三氧化二铁2份；石墨为1.5份；玻璃纤维6份；青铜粉5份。
将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在80℃下烘干10min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至40℃，混合5min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150℃、155℃、160℃、165℃、170℃，螺杆温度175℃，机头温度180℃，螺杆转速60r/min，投料转速20 r/min。
产品强度高，拉伸强度60MPa，布氏硬度25；外观好，无缺口简支梁冲击强度15kJ/m2，维卡软化点140℃；氧指数22%，弯曲强度25MPa，撕裂强度30N/mm；摩擦系数0.1，断裂伸长率350-550%，摩擦磨损性最佳。
实施例
2:
按照重量份数配比称取聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝12份；甲基丙烯酸甲酯40份；偶氮二异丁腈10份；纳米二氧化硅8份；纳米氧化锌25份；纳米二氧化钛7份；纳米氧化钙8份；纳米三氧化二铁6份；石墨为3.5份；玻璃纤维10份；青铜粉7份。
将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在100℃下烘干30min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60℃，混合10min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、165℃、170℃、175℃、180℃，螺杆温度185℃，机头温度190℃，螺杆转速80r/min，投料转速40 r/min。
产品强度高，拉伸强度70MPa，布氏硬度30；外观好，无缺口简支梁冲击强度20kJ/m2，维卡软化点145℃；氧指数23%，弯曲强度30MPa，撕裂强度35N/mm；摩擦系数0.03，断裂伸长率400%，摩擦磨损性最佳。
实施例
3:
按照重量份数配比称取聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝9份；甲基丙烯酸甲酯25份；偶氮二异丁腈2份；纳米二氧化硅3份；纳米氧化锌10份；纳米二氧化钛4份；纳米氧化钙5份；纳米三氧化二铁3份；石墨为2份；玻璃纤维7份；青铜粉5.5份。
将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在80℃下烘干10min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至40℃，混合5min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150℃、155℃、160℃、165℃、170℃，螺杆温度175℃，机头温度180℃，螺杆转速60r/min，投料转速20r/min。
产品强度高，拉伸强度80MPa，布氏硬度35；外观好，无缺口简支梁冲击强度25kJ/m2，维卡软化点150℃；氧指数24%，弯曲强度35MPa，撕裂强度40N/mm；摩擦系数0.05，断裂伸长率450%，摩擦磨损性最佳。
实施例
4:
按照重量份数配比称取聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝11份；甲基丙烯酸甲酯35份；偶氮二异丁腈8份；纳米二氧化硅7份；纳米氧化锌20份；纳米二氧化钛6份；纳米氧化钙7份；纳米三氧化二铁5份；石墨为3份；玻璃纤维9份；青铜粉6.5份。
将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在100℃下烘干30min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60℃，混合10min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、165℃、170℃、175℃、180℃，螺杆温度185℃，机头温度190℃，螺杆转速80r/min，投料转速40 r/min。
产品强度高，拉伸强度90MPa，布氏硬度40；外观好，无缺口简支梁冲击强度30kJ/m2，维卡软化点155℃；氧指数25%，弯曲强度40MPa，撕裂强度45N/mm；摩擦系数0.08，断裂伸长率500%，摩擦磨损性最佳。
实施例
5:
按照重量份数配比称取聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝10份；甲基丙烯酸甲酯30份；偶氮二异丁腈5份；纳米二氧化硅5份；纳米氧化锌15份；纳米二氧化钛5份；纳米氧化钙6份；纳米三氧化二铁4份；石墨为2.5份；玻璃纤维8份；青铜粉6份。
将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在90℃下烘干20min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至50℃，混合8min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度155℃、160℃、165℃、170℃、175℃，螺杆温度180℃，机头温度185℃，螺杆转速70r/min，投料转速30 r/min。
产品强度高，拉伸强度100MPa，布氏硬度45；外观好，无缺口简支梁冲击强度35kJ/m2，维卡软化点160℃；氧指数26%，弯曲强度45MPa，撕裂强度50N/mm；摩擦系数0.01，断裂伸长率550%，摩擦磨损性最佳。
以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (6)
1.一种纳米耐磨塑料，其特征在于所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝8-12份；甲基丙烯酸甲酯20-40份；偶氮二异丁腈1-10份；纳米二氧化硅2-8份；纳米氧化锌5-25份；纳米二氧化钛3-7份；纳米氧化钙4-8份；纳米三氧化二铁2-6份；石墨为1.5-3.5份；玻璃纤维6-10份；青铜粉5-7份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨塑料，其特征在于所述纳米耐磨塑料原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝9-11份；甲基丙烯酸甲酯25-35份；偶氮二异丁腈2-8份；纳米二氧化硅3-7份；纳米氧化锌10-20份；纳米二氧化钛4-6份；纳米氧化钙5-7份；纳米三氧化二铁3-5份；石墨为2-3份；玻璃纤维7-9份；青铜粉5.5-6.5份。
3.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨塑料，其特征在于所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝9份；甲基丙烯酸甲酯25份；偶氮二异丁腈2份；纳米二氧化硅3份；纳米氧化锌10份；纳米二氧化钛4份；纳米氧化钙5份；纳米三氧化二铁3份；石墨为2份；玻璃纤维7份；青铜粉5.5份。
4.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨塑料，其特征在于所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝11份；甲基丙烯酸甲酯35份；偶氮二异丁腈8份；纳米二氧化硅7份；纳米氧化锌20份；纳米二氧化钛6份；纳米氧化钙7份；纳米三氧化二铁5份；石墨为3份；玻璃纤维9份；青铜粉6.5份。
5.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨塑料，其特征在于：所述纳米耐磨塑料的原料按重量份数配比如下：聚四氟乙烯100份；纳米三氧化二铝10份；甲基丙烯酸甲酯30份；偶氮二异丁腈5份；纳米二氧化硅5份；纳米氧化锌15份；纳米二氧化钛5份；纳米氧化钙6份；纳米三氧化二铁4份；石墨为2.5份；玻璃纤维8份；青铜粉6份。
6.一种权利要求1所述纳米耐磨塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取聚四氟乙烯、纳米三氧化二铝、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、石墨、青铜粉和玻璃纤维；
第二步：将纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化钙、纳米三氧化二铁、青铜粉和玻璃纤维在80-100℃下烘干10-30min后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至40-60℃，混合5-10min；
第三步：混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度150-160℃、155-165℃、160-170℃、165-175℃、170-180℃，螺杆温度175-185℃，机头温度180-190℃，螺杆转速60-80r/min，投料转速20-40 r/min。
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