[发明专利]二硫化钼-镍磷-聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法

摘要

一种二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法，其首先制备聚偏氟乙烯微滤分离膜并对其依次进行碱化、敏化与活化、表面镀覆化学镀镍磷镀层和粉碎处理，之后应用水热合成技术在处理后的聚偏氟乙烯分离膜碎屑上沉积二硫化钼微粒，最后再经冷压成型和热处理工序，制备了二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料。本发明实现了二硫化钼和镍磷微粒在聚偏氟乙烯中均匀分布，避免了二硫化钼和镍磷微粒在聚偏氟乙烯中的聚团和偏析，有效提升了聚偏氟乙烯的耐磨和减摩特性；制备的复合材料具有机械强度大、热稳定性高、磨损率低、摩擦系数小和使用寿命长的优点，可广泛应用于机械、电子和航空航天等领域。

主权项

一种二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)聚偏氟乙烯的预处理：①聚偏氟乙烯微滤分离膜的制备和碱化处理：a、按N,N‑二甲基乙酰胺溶剂：聚乙烯吡咯烷酮：聚偏氟乙烯的质量比为100：3～5：18～20的比例，首先将聚乙烯吡咯烷酮加入到盛有N,N‑二甲基乙酰胺溶剂的容器中，并将容器置于磁力搅拌器上，之后开启搅拌器加热开关使容器中N,N‑二甲基乙酰胺溶剂的温度由室温升高至80℃，同时开启磁力搅拌开关，搅拌溶液使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，再将平均粒径为0.1mm的聚偏氟乙烯粉末加入到烧杯中，在80℃下继续磁力搅拌4h，待聚偏氟乙烯粉末全部溶解后，将溶液温度降至50℃，并缓慢磁力搅拌2h，即制备了聚偏氟乙烯微滤分离膜制备所用的铸液；b、将制得的铸液倒在光滑洁净的玻璃板上，用玻璃棒轻轻推动铸液使其在玻璃板上形成一均一液态薄层，之后将载有液态薄层的玻璃板完全浸没在冷凝浴溶液中，冷凝浴溶液是体积分数为5‰的N,N‑二甲基乙酰胺去离子水溶液，冷凝浴溶液温度为40～50℃，待玻璃板上液态薄层凝胶化成膜并自动从玻璃板上脱离后，将薄膜用去离子水浸泡24h，之后将其从去离子水中取出并用去离子水洗净；c、将洗净的聚偏氟乙烯微滤分离膜置于质量浓度为24％的氢氧化钠溶液中，室温浸泡15min，之后将分离膜从氢氧化钠溶液中取出，并用去离子水反复冲洗，直至冲洗水的pH值为中性；②聚偏氟乙烯分离膜的敏化与活化处理：a、按每100mL盐酸水溶液加入5g氯化亚锡的比例，将5g氯化亚锡加入到质量浓度为20％的盐酸水溶液中，搅拌使氯化亚锡充分溶解，得到氯化亚锡‑盐酸水溶液；之后将步骤①碱化处理并冲洗干净的聚偏氟乙烯分离膜加入到氯化亚锡‑盐酸水溶液中进行浸泡敏化处理，室温下将浸泡有分离膜的氯化亚锡‑盐酸水溶液置于200W的超声波清洗器中进行超声处理，超声振荡时间为15min；超声处理处理后将分离膜从溶液中取出，之后将其浸于去离子水中洗涤2次；b、按每100mL盐酸水溶液加入1g氯化钯的比例，将氯化钯固体加入到质量浓度为16％的盐酸水溶液中，搅拌使氯化钯充分溶解，得到氯化钯‑盐酸溶液；之后将步骤②a敏化处理后的聚偏氟乙烯分离膜浸泡于氯化钯‑盐酸溶液中，并在室温下将浸泡有分离膜的氯化钯‑盐酸溶液置于200W的超声波清洗器中进行超声处理，超声振荡时间为15min；超声处理处理后将分离膜从溶液中取出，并用去离子水将其表面冲洗干净；③聚偏氟乙烯表面化学镀镍磷镀层的镀覆：a、按1L蒸馏水加入25～30g硫酸镍、15～20g乳酸、5g柠檬酸、5g乙酸钠、5g氟化氢铵、12～15g次亚磷酸钠的比例，首先将硫酸镍、乳酸、柠檬酸、乙酸钠、氟化氢铵依次加入到盛有蒸馏水的容器中，并将容器置于磁力搅拌器上，加热使溶液的温度为50℃，搅拌使加入各试剂皆完全溶解，使溶液温度自然冷却至室温，再将次亚磷酸钠加入到溶液中，搅拌使次亚磷酸钠完全溶解后，在磁力搅拌容器中溶液的情形下，用滴管移取质量百分浓度为25％的氨水溶液，并将其逐滴滴加到溶液中，同时将pH计探头置于溶液中，调整烧杯中溶液的pH值为4.8～5.0，之后再将溶液缓慢磁力搅拌20min，即配制了制备化学镀镍磷镀层所用的化学镀液；b、将上述化学镀液置于容器中，并将镀液温度升高至85～88℃，然后将经敏化和活化处理后的聚偏氟乙烯分离膜完全浸没于镀液中，盛有镀液的容器温度采用水浴加热控制，施镀1h后，将分离膜从镀液中取出，首先用流动的自来水冲洗其表面，然后用蒸馏水将其清洗干净，将其置于烘箱中烘干，烘干温度为80℃；④聚偏氟乙烯分离膜的粉碎处理：用剪刀将烘干后的且表面镀覆有化学镀镍磷镀层的聚偏氟乙烯分离膜裁剪成平均尺寸为5mm的碎屑；(2)二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒的制备：a、按每10mL蒸馏水加入0.7～0.8g钼酸铵、0.1～0.2g硫脲、0.2～0.25g聚偏氟乙烯分离膜碎屑的比例，依次将钼酸铵、硫脲倒入盛有蒸馏水的容器中，室温搅拌使其溶解；然后加入上述聚偏氟乙烯分离膜碎屑，置于超声波处理器中进行超声波处理10～15min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20～30℃；b、将超声处理后的混合溶液从容器中转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为200℃，使反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h；水热反应结束后关闭电炉电源使其自然冷却至室温，之后将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，并对反应釜内的混合溶液进行过滤收集分离膜碎屑物，首先用无水乙醇洗涤分离膜碎屑物2次，之后再另取蒸馏水洗涤分离膜碎屑物3次；c、将洗涤干净的分离膜碎屑物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为80℃、真空度为0.05MPa，对分离膜碎屑物干燥处理6h；之后将分离膜碎屑物从真空干燥箱中取出，首先将分离膜碎屑物裁剪成细小碎屑，然后将其粉碎为平均尺寸为0.5mm的细小碎末颗粒；即得到了二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒；(3)二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备：①所用原料：步骤(2)中制得的二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯的复合物微粒、质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液、无水乙醇和去离子水；上述各原料用量有如下质量比例关系：二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒：聚四氟乙烯乳液：无水乙醇：去离子水＝8～9：1～1.5：5：15；②耐磨减摩复合材料制备所用物料的混合处理：a、首先将聚四氟乙烯乳液加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，并超声振荡15～20min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为25～35℃，使聚四氟乙烯乳液在乙醇水溶液中均匀分散；b、然后将二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒加入到上述聚四氟乙烯乳液的乙醇水溶液中，室温下磁力搅拌60～90min，然后水浴加热将溶液温度由室温升至80℃，用玻璃棒缓慢搅拌溶液，待二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒完全粘连在一起时停止加热，并将粘连在一起二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒从溶液中分离出来；c、将分离并粘连在一起二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯复合物微粒置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理4h，即制得制备二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯减摩耐磨复合材料所用的混合粉末；③二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：a、首先将制备二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯减摩耐磨复合材料所用的混合粉末倒入冷模压模具中进行压制成型，压制压力为20～25Mpa，压制时间为10～15min，将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；b、将上述二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以3℃/min的升温速率升至180℃，并在180℃保温60min；然后将电炉温度以1℃/min的升温速率由180℃升高到220℃，并在220℃保温90min；之后关闭电炉电源，使其温度由220℃自然冷却至室温后，将热处理后的薄片取出，即得到二硫化钼‑镍磷‑聚偏氟乙烯耐磨减摩复合材料。