一种复合型聚四氟乙烯导电材料的制备方法
【专利摘要】一种复合型聚四氟乙烯导电材料的制备方法，涉及复合型聚四氟乙烯导电材料的生产技术领域。本发明通过石墨烯微片的填充改善PTFE的结晶行为，通过调控石墨烯微片与PTFE的界面粘结力而实现保持PTFE一定的力学性能的同时，赋予PTFE优异的耐磨性能以及导电性能，通过冷压烧结法制备复合型聚四氟乙烯导电材料，得到的复合型聚四氟乙烯导电材料具有综合的力学、耐磨以及导电性能。
【专利说明】
-种复合型聚四氣乙稀导电材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及复合型聚四氣乙締导电材料的生产技术领域。
【背景技术】
[0002] 聚四氣乙締(PTFE)因为具有优异的物理化学性质，使其在化学、电子、生物工程、 食品行业及其他一些相关领域应用广泛。然而，PWE同时具有绝缘性限制了其在许多需要 导电场合下的应用。因此，目前国内外许多有关提升聚四氣乙締导电性的研究集中在PTFE 的填充导电研究上。通过导电填料的填充改变PTFE的导电行为、调节填料与基体之间界面 粘接性能，可W获得高性能的聚四氣乙締导电复合材料。
[0003] 目前常用的聚四氣乙締的导电填料主要为炭黑，碳纳米管，碳纤维，石墨，石墨締， 铜粉，银粉等。使用传统的导电填料如碳纤(C巧和石墨等制备的导电复合材料，具有价格便 宜，原料来源广泛等优点。但是使用石墨等传统导电填料的缺点就是导电填料的填充量大， 严重影响材料的加工成型及力学性能。碳纳米管(CNT)填充PTFE可W提高复合材料的导电 性，但是CNT价格昂贵。用金属粉末作为填料，在与高分子基体共混时，可W较好地均匀混 合。但金属粉末在高溫加工过程中易被氧化，降低电导率。而且银粉价格昂贵，铜粉，银粉的 加入还会造成重金属污染等。因此，寻找一种既能保持PTFE-定的力学性质，又能赋予PTFE 优异的力学、耐磨及导电性能的填充改性方法具有非常迫切的需求。
[0004] 石墨締有许多独特的理化性质，石墨締是一种没有能隙的物质，显示金属性;单层 的石墨締中，每个碳原子都有一个未成键的电子，因此具有非常好的导电性;石墨締中的空 穴和电子相互分离，导致了新的电子传导现象的产生，例如不规则的量子霍尔效应;石墨締 还具有良好的力学性能，光学性能，热学性能，但是石墨締在实际应用中容易发生团聚，团 聚会影响它性能的发挥。石墨通过插层和剥离或氧化-还原法得到由数层到数十层石墨締 组成的石墨締微片(GNPs),其厚度为0.35~l(K)nm，介于石墨締与普通石墨之间，仍为纳米 材料，具有优异的导热性能，价格相对低廉，有非常现实的应用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述缺陷提出一种既能保持PTFE-定的力学性质，又能赋予PTFE优异 的力学、耐磨及导电性能的复合型聚四氣乙締导电材料的制备方法。
[0006] 本发明包括W下步骤： 1) 将聚四氣乙締和改性石墨締微片高速混合，形成均匀的混合粉料;所述改性石墨締 微片是纺键形碳酸巧插层改性的石墨締微片； 2) 将混合粉料置于模具内，在30~50 MPa的压力下冷压成型，并保压2~5分钟，脱膜， 取得样品； 3) 将样品置于马弗炉中，W150~200°C/小时的升溫速率，将溫度升至370~380°C，保 溫锻烧2小时，然后随炉冷却至室溫，取得复合型聚四氣乙締导电材料。
[0007] 本发明通过石墨締微片的填充改善PTFE的结晶行为，通过调控石墨締微片与PTFE 的界面粘结力而实现保持PTFE-定的力学性能的同时，赋予PTFE优异的耐磨性能W及导电 性能，通过冷压烧结法制备复合型聚四氣乙締导电材料，得到的复合型聚四氣乙締导电材 料具有综合的力学、耐磨W及导电性能，在防静电、导电刷W及电极材料等领域具有广阔的 应用潜力。
[0008] 本发明的关键技术及有益效果： 1、 石墨締微片具有优异的导电作用，利用纺键形碳酸巧在聚合物基体的易分散性，使 用纺键形碳酸巧插层改性石墨締微片(扬州市维纳复合材料科技有限公司销售），W避免石 墨締微片的聚集，同时促进石墨締微片在PTFE基体中均匀分散，当达到一定的填充浓度时， 形成石墨締导电网络，因此，复合材料的电导率可W通过石墨締微片的尺寸及填充浓度来 调节;填充未达到导电逾渗值时，石墨締微片对PTFE起到力学增强作用； 2、 利用石墨締微片良好的润滑及导热作用，W及可W吸收摩擦时产生的能量，从而达 到较好的减摩与导热作用。
[0009] 进一步地，本发明所述步骤1)中，聚四氣乙締占混合粉料总质量的5~90%，改性石 墨締微片占混合粉料总质量的10~95%。加入W上用量的石墨締微片之后，既可W保持PTFE 复合材料具有一定的力学性能，又能达到导电性的要求。
[0010] 所述聚四氣乙締粒径为20~100皿。该尺寸粉料易与改性粉料均匀分散。
[0011] 所述改性的石墨締微片的厚度为15~20nm。该尺寸的石墨締微片价格低廉，同时 能够发挥其片层纳米效应。
【附图说明】
[0012] 图1为石墨締微片插层改性纺键形碳酸巧SEM形貌特征图。
[0013] 图2为采用本发明方法制成的复合型聚四氣乙締导电材料的照片。
[0014] 图3为复合材料的断面沈M形貌图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
[0016] W下结合实施例，对本发明的技术方案作进一步说明，但运些实施例的目的并不 在于限制本发明的保护范围。在运些实施例中，除另有说明外，所有百分含量均W重量计。 [0017]实施例1: 将粒径化WIi的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W质量比为90:10的比 例混合，通过机械共混制备石墨締微片与聚四氣乙締的均匀混合料。
[0018]将所制得的粉料在35MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0019] 该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率:233.02%，拉 伸强度：16.02MPaeGB/T 3960-1983检测，其磨损量：ISmg，摩擦系数:0.29。室溫下，体积电 导率：0.1 S/cm。
[0020] 实施例2: 将粒径25皿的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W87:13的质量比混 合，通过机械共混制备石墨締微片与聚四氣乙締的均匀混合料。
[0021] 将所制得的粉料在35MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0022] 该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率：119.41%，拉 伸强度：15.74MPadGB/T 3960-1983检测，其磨损量:9. Smg，摩擦系数:0.20。室溫下，体积电 导率：0.54S/cm。
[0023] 实施例3: 将粒径化WIi的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W质量比为85:15的比 例混合，通过机械共混制备聚四氣乙締复合材料的均匀混合料。
[0024] 将所制得的粉料在40MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[00巧]该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率:7.40%,拉伸 强度：15.21MPaeGB/T 3960-1983检测，其磨损量：18.6mg，摩擦系数:0.23。室溫下，体积电 导率：0.57 S/cm。
[0026] 实施例4: 将粒径化WIi的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W质量比为80:20的比 例混合，通过机械共混制备聚四氣乙締复合材料的均匀混合料。
[0027] 将所制得的粉料在40MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0028] 该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率:6.60%,拉伸 强度：14.38MPaXB/T 3960-1983检测，其磨损量:6. Img，摩擦系数:0.15。室溫下，体积电导 率：2.66 S/cm。
[0029] 实施例5: 将粒径化WIi的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W质量比为70:30的比 例混合，通过机械共混制备聚四氣乙締复合材料的均匀混合料。
[0030] 将所制得的粉料在40MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0031] 该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率：1.30%,拉伸 强度：11.17MPa。室溫下，体积电导率:6.49 S/cm。
[0032] 实施例6: 将粒径化WIi的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W质量比为60:40的比 例混合，通过机械共混制备聚四氣乙締复合材料的均匀混合料。
[0033] 将所制得的粉料在35MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0034] 该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率:0.80%，拉伸 强度：7. OSMPa。室溫下，体积电导率：10.64 S/cm。
[0035] 实施例7: 将粒径25WI1的聚四氣乙締和厚度为15~20nm的改性石墨締微片W质量比为5:95的比 例混合，通过机械共混制备聚四氣乙締复合材料的均匀混合料。
[0036] 将所制得的粉料在35MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0037] 该复合型聚四氣乙締导电材料室溫下体积电导率:16.67 S/cm。
[003引实施例8: 将粒径25WI1的聚四氣乙締和厚度为3~5nm的石墨締微片W质量比为80: 20的比例混 合，通过机械共混制备聚四氣乙締复合材料的均匀混合料。
[0039] 将所制得的粉料在40MPa压力下冷压成型，并保压2分钟。将所得片状样品脱模取 出，置于马弗炉中，W200°C/小时的升溫速率升溫至370~380°C，保溫2小时，再将烧结产物 随炉冷却至室溫，得到复合型聚四氣乙締导电材料。
[0040] 该复合型聚四氣乙締导电材料按GB/T 1040-92检测，其断裂伸长率:2.50%,拉伸 强度:8.84MPaeGB/T 3960-1983检测，其磨损量:3.9mg，摩擦系数:0.20。室溫下，体积电导 率：1.1 S/cm。
[0041] W上各例使用的改性石墨締微片是W长度为400~700nm，直径为250~400nm的纺 键形碳酸巧对厚度为3~20nm的石墨締微片进行插层取得的厚度为15~20nm的改性石墨締 微片，由扬州市维纳复合材料科技有限公司生产销售。
[0042] 图1为石墨締微片插层改性纺键形碳酸巧SEM形貌特征图。
[0043] 下表为W上各例制成的复合型聚四氣乙締导电材料及聚四氣乙締单体的力学、摩 擦学及导电性能汇总表。
[0044] W上实施例1至实施例7都是W改性的石墨締微片和PTFE混合制备复合型聚四氣 乙締导电材料，但仅实施例8是直接W石墨締微片和PTFE混合制备复合型聚四氣乙締导电 材料。采用实施例8的方法说明石墨締微片的厚度不同对其力学性能与摩擦性能有影响。
[0045] 由上表可见:填充石墨締微片制成的复合型聚四氣乙締导电材料均具有较好的耐 磨W及导电性能。
[0046] 图2是W5:95投料比将聚四氣乙締和改性石墨締混合，经过冷压、烧结后取得的复 合型聚四氣乙締导电圆片，说明：在填入95%的石墨締微片之后仍可成功制得可供使用的聚 四氣乙締导电材料。
[0047] 图3是图2复合型聚四氣乙締导电圆片的断面沈M形貌图，说明：纺键形碳酸巧对石 墨締的负载和剥离效果明显。
【主权项】
1. 一种复合型聚四氟乙烯导电材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 将聚四氟乙烯和改性石墨烯微片高速混合，形成均匀的混合粉料;所述改性石墨烯 微片是纺锤形碳酸钙插层改性的石墨烯微片； 2) 将混合粉料置于模具内，在30~50 MPa的压力下冷压成型，并保压2~5分钟，脱膜， 取得样品； 3) 将样品置于马弗炉中，以150~200°C/小时的升温速率，将温度升至370~380°C，保 温锻烧2小时，然后随炉冷却至室温，取得复合型聚四氟乙烯导电材料。2. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述步骤1)中，聚四氟乙烯占混合粉料总 质量的5~90%，改性石墨烯微片占混合粉料总质量的10~95%。3. 根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于所述聚四氟乙烯粒径为20~100μπι。4. 根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于改性的石墨烯微片的厚度为15~ 20nm〇
【文档编号】C08K9/02GK105924862SQ201610396406
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】朱爱萍, 江波, 彭勃, 李艳香
【申请人】扬州大学