一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，由下述重量份数原料制成：聚偏氟乙烯颗粒60?80份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维20?35份，抗氧化剂0.8?1.5份，阻燃剂2?3份，润滑剂2?4份；所述聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维由静电纺丝法制得的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维毡经超微粉碎至500目制得。这种复合材料在保持了聚偏氟乙烯耐化学腐蚀、耐高温、耐氧化、耐紫外线的优良特性的同时，有效提高了材料的机械强度，使得该材料可以更好的适用各种领域的应用需要。
【专利说明】
一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种高强度聚偏氟乙稀复合材料母粒。
【背景技术】
[0002] 聚偏氟乙稀(polyvinylidene fluoride，PVDF)是一类广泛应用的高分子材料，根 据处理条件不同，可以得到多种不同的结晶相，其中α相具有优异的力学性能，β相具有较强 的压电、介电、热电性能;PVDF应用主要集中在石油化工、电子电气和氟碳涂料三大领域，由 于PVDF良好的耐化学性、加工性及抗疲劳和蠕变性，是石油化工设备流体处理系统整体或 者衬里的栗、阀门、管道、管路配件、储槽和热交换器的最佳材料之一。PVDF良好的化学稳定 性、电绝缘性能，使制作的设备能满足T0CS以及阻燃要求，被广泛应用于半导体工业上高纯 化学品的贮存和输送，采用PVDF树脂制作的多孔膜、凝胶、隔膜等，在锂二次电池中应用，目 前该用途成为PVDF需求增长最快的市场之一。PVDF是氟碳涂料最主要原料之一，以其为原 料制备的氟碳涂料已经发展到第六代，由于PVDF树脂具有超强的耐候性，可在户外长期使 用，无需保养，该类涂料被广泛应用于发电站、机场、高速公路、高层建筑等。另外PVDF树脂 还可以与其他树脂共混改性，如PVDF与ABS树脂共混得到复合材料，已经广泛应用于建筑、 汽车装饰、家电外壳等。但是PVDF自身也存在许多不足，其机械强度有待进一步提高等，这 会限制该材料在某些领域的应用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒， 这种复合材料在保持了聚偏氟乙烯耐化学腐蚀、耐高温、耐氧化、耐紫外线的优良特性的 同时，有效提高了材料的机械强度，使得该材料可以更好的适用各种领域的应用需要。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0005] -种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，由下述重量份数原料制成：聚偏氟乙烯颗 粒60-80份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维20-35份，抗氧化剂0.8-1.5份，阻燃剂2-3 份，润滑剂2-4份;所述聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维由静电纺丝法制得的聚偏氟乙 烯/碳纳米管复合微米纤维毡经超微粉碎至500目制得。
[0006] 优选的，所述的高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒由下述重量份数原料制成：聚偏 氟乙烯颗粒70份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维30份，抗氧化剂1份，阻燃剂2.5份，润 滑剂3份;所述聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维由静电纺丝法制得的聚偏氟乙烯/碳纳 米管复合微米纤维毡经超微粉碎至500目制得。
[0007] 优选的，所述聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维的纤维平均直径为1微米，由静 电纺丝法制得，其纺丝前驱体溶液的配置方法为：将2克碳纳米管水分散剂与20克丙酮混 合，在60 °C恒温水浴条件下磁力搅拌20分钟，向上述液体中加入1.5克多壁碳纳米管，继续 磁力搅拌2小时，所得混合液体超声10分钟后置于冷水中冷却、消泡，再次继续超声10分钟 即得分散好的碳纳米管分散液，将1.5克聚偏氟乙烯颗粒溶于3克丙酮和3克二甲基亚砜混 合制成的溶剂中，配成聚偏氟乙烯溶液，取2.5克碳纳米管分散液加入7.5克聚偏氟乙烯溶 液中在60°C恒温水浴条件下磁力搅拌4小时后，超声震荡1小时即得纺丝前驱体溶液;所述 纺丝前驱体溶液加入静电纺丝装置的储液机构中进行静电纺丝，纺丝电压15千伏，纺丝距 离15厘米，将静电纺丝装置收集集上获得的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维毡置于超 微粉碎机中粉碎至500目即得聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维。
[0008] 聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的耐化学性、加工性及抗疲劳和蠕变性，且聚偏氟乙 烯具有良好的化学稳定性、电绝缘性能，将碳纳米管与聚偏氟乙烯复合，可以增强材料的力 学性能，使其具有更好的机械强度、抗腐蚀、抗老化性能，单臂和多壁碳纳米管化学性质稳 定，不溶于水和有机溶剂，具有优异的力学性能和导电性能及其独特的一维纳米结构所特 有的纳米效应，但由于其表面原子具有较高的表面能和表面结合能，分散性差且易于形成 大的团聚体，将碳纳米管与大量的聚偏氟乙烯基材直接复合作为基体的增强材料时，碳纳 米管极易发生团聚，从而导致碳纳米管在基体中分散程度低，进而影响复合材料的应用性 能，不易得到性能稳定，抗老化性能好的复合塑料材料。本发明在制备母粒的过程中，以含 有碳纳米管的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维作为原料，碳纳米管先通过静电纺丝法 与聚偏氟乙烯复合形成聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维，碳纳米管分布于该微米纤维 中，被聚偏氟乙烯包裹固定，碳纳米管受复合纤维的限制不易形成团聚体，与聚偏氟乙烯颗 粒搅拌混合时，材料中的碳纳米管更容易分散均匀，进而得到碳纳米管分布均匀的复合塑 料材料，以获得均一性更好的材料。确保材料具有较好的机械强度，提高材料性能。
[0009] 优选的，制备母粒所用的原料聚偏氟乙烯颗粒与制备聚偏氟乙烯/碳纳米管复合 微米纤维所用的聚偏氟乙烯颗粒为同种颗粒，按照GB/T3682-2000标准，在230 °C、5kg载荷 下，其熔体流动速率:6g/10min密度：1 · 77-1 · 78g/cm3成型收缩率:2-3 %。
[0010] 优选的，所述的多壁碳纳米管的直径为50~60nm、长度为15~20μπι的多壁碳纳米 管。
[0011] 优选的，所述抗氧剂由2，6_二叔丁基-4-甲基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯组成，且 2,6_二叔丁基-4-甲基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯的重量比为2:1;所述阻燃剂为四氯苯二甲 酸酐;所述润滑剂为石蜡。
[0012] 所述高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒制备方法为:将原料按重量份数备好后于高 速搅拌机中在室温下，以500-800转/分钟搅拌10-15分钟后放出，把混合均匀的物料加入双 螺杆挤出机中，在200-240°C下，熔融挤出、冷却、造粒即得目标母粒。
[0013] 本发明的有益效果为:本发明提供了一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，这种 复合材料在保持了聚偏氟乙烯耐化学腐蚀、耐高温、耐氧化、耐紫外线的优良特性的同时， 有效提高了材料的机械强度，使得该材料可以更好的适用各种领域的应用需要。具体的说： 本发明在制备母粒的过程中，以含有碳纳米管的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维作为 原料，碳纳米管先通过静电纺丝法与聚偏氟乙烯复合形成聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米 纤维，碳纳米管分布于该微米纤维中，被聚偏氟乙烯包裹固定，碳纳米管受复合纤维的限制 不易形成团聚体，从而克服了碳纳米管表面原子具有较高的表面能和表面结合能，分散性 差且易于形成大的团聚体，直接与聚偏氟乙烯混合，碳纳米管的分散度差，复合材料均一性 差，影响材料性能的问题，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维与聚偏氟乙烯颗粒搅拌混合 时，材料中的碳纳米管更容易分散均匀，进而得到碳纳米管分布均匀的复合塑料材料，以获 得均一性更好的材料。确保材料具有较好的机械强度，提高材料性能。
【附图说明】
[0014] 图1聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维的TEM照片；
【具体实施方式】
[0015] 根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明而不应当也不会限制 权利要求书中所详细描述的本发明。
[0016] 下述实施例中所用的原料聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维由静电纺丝法制 得，其纺丝前驱体溶液的配置方法为:将2克碳纳米管水分散剂(TNWDIS)与20克丙酮混合， 在60 °C恒温水浴条件下磁力搅拌20分钟，向上述液体中加入1.5克多壁碳纳米管(直径为50 ~60nm、长度为15~20μηι)，继续磁力搅拌2小时，所得混合液体超声10分钟后置于冷水中冷 却、消泡，再次继续超声10分钟即得分散好的碳纳米管分散液，将1.5克聚偏氟乙烯颗粒 (S0LEF 6010,美国苏威）溶于3克丙酮和3克二甲基亚砜混合制成的溶剂中，配成聚偏氟乙 烯溶液，取2.5克碳纳米管分散液加入7.5克聚偏氟乙烯溶液中在60°C恒温水浴条件下磁力 搅拌4小时后，超声震荡1小时即得纺丝前驱体溶液;所述纺丝前驱体溶液加入静电纺丝装 置的储液机构中进行静电纺丝，纺丝电压15千伏，纺丝距离15厘米，将静电纺丝装置收集集 上获得的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维毡置于超微粉碎机中粉碎至500目即得聚偏 氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维(形貌特征如图1所示）。
[0017] 实施例！
[0018] 一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，由下述重量份数原料制成：聚偏氟乙烯颗 粒60份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维20份，抗氧化剂0.8份，阻燃剂2份，润滑剂2份； 所述抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯组成，且2，6-二叔丁基-4-甲 基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯的重量比为2:1;所述阻燃剂为四氯苯二甲酸酐;所述润滑剂为 石蜡;制备母粒所用的原料聚偏氟乙烯颗粒与制备聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维所 用的聚偏氟乙烯颗粒为同种颗粒(S0LEF 6010,美国苏威），按照GB/T3682-2000标准，在230 °C、5kg载荷下，其熔体流动速率:6g/10min密度：1 · 77-1 · 78g/cm3成型收缩率:2-3 %。
[0019] 所述高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒制备方法为:将原料按重量份数备好后于高 速搅拌机中在室温下，以500转/分钟搅拌10分钟后放出，把混合均匀的物料加入双螺杆挤 出机中，在200-240 °C下，熔融挤出、冷却、造粒即得目标母粒。
[0020] 实施例2
[0021] 一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，由下述重量份数原料制成：聚偏氟乙烯颗 粒80份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维35份，抗氧化剂1.5份，阻燃剂3份，润滑剂4份； 所述抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯组成，且2，6-二叔丁基-4-甲 基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯的重量比为2:1;所述阻燃剂为四氯苯二甲酸酐;所述润滑剂为 石蜡;制备母粒所用的原料聚偏氟乙烯颗粒与制备聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维所 用的聚偏氟乙烯颗粒为同种颗粒(S0LEF 6010,美国苏威），按照GB/T3682-2000标准，在230 °C、5kg载荷下，其熔体流动速率:6g/10min密度：1 · 77-1 · 78g/cm3成型收缩率:2-3 %。
[0022]所述高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒制备方法为:将原料按重量份数备好后于高 速搅拌机中在室温下，以500转/分钟搅拌15分钟后放出，把混合均匀的物料加入双螺杆挤 出机中，在200-240 °C下，熔融挤出、冷却、造粒即得目标母粒。
[0023] 实施例3
[0024] 一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，由下述重量份数原料制成：聚偏氟乙烯颗 粒70份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维30份，抗氧化剂1份，阻燃剂2.5份，润滑剂3份； 所述抗氧剂由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯组成，且2，6-二叔丁基-4-甲 基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯的重量比为2:1;所述阻燃剂为四氯苯二甲酸酐;所述润滑剂为 石蜡;制备母粒所用的原料聚偏氟乙烯颗粒与制备聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维所 用的聚偏氟乙烯颗粒为同种颗粒(S0LEF 6010,美国苏威），按照GB/T3682-2000标准，在230 °C、5kg载荷下，其熔体流动速率:6g/10min密度：1 · 77-1 · 78g/cm3成型收缩率:2-3 %。
[0025] 所述高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒制备方法为:将原料按重量份数备好后于高 速搅拌机中在室温下，以500转/分钟搅拌15分钟后放出，把混合均匀的物料加入双螺杆挤 出机中，在200-240 °C下，熔融挤出、冷却、造粒即得目标母粒。
[0026] 实施例4性能测试
[0027]将聚偏氟乙烯颗粒（S0LEF 6010,美国苏威）作为对比例、与实施例1至3的母粒一 起进行力学性能测试，分别依据标准GB/T 1040.2中IB型试样制取样品进行试验，按照该标 准测试4种样品的拉伸强度和断裂伸长率(23°C)，按IS0527标准备样，分别测试各样品的弯 曲模量，按IS0179标准备样，分别测试各样品的缺口冲击强度，检查结果如下表所示：
[0029] 与对比例的结果相比较，实施例1至3所得母粒力学性能均优于对比例，即相较于 普通的聚偏氟乙烯材料，本发明的复合材料母粒具有更高的机械强度。
[0030] 以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案 的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变 化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。本发明未 详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在于，由下述重量份数原料制成:聚偏 氟乙稀颗粒60-80份，聚偏氟乙稀/碳纳米管复合微米纤维20-35份，抗氧化剂0.8-1.5份，阻 燃剂2-3份，润滑剂2-4份;所述聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维由静电纺丝法制得的聚 偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维毡经超微粉碎至500目制得。2. 如权利要求1所述的一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在于，由下述重量 份数原料制成:聚偏氟乙烯颗粒70份，聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维30份，抗氧化剂1 份，阻燃剂2.5份，润滑剂3份;所述聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维由静电纺丝法制得 的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维毡经超微粉碎至500目制得。3. 如权利要求1所述的一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在于，所述聚偏氟 乙烯/碳纳米管复合微米纤维的纤维平均直径为1微米，由静电纺丝法制得，其纺丝前驱体 溶液的配置方法为:将2克碳纳米管水分散剂与20克丙酮混合，在60°C恒温水浴条件下磁力 搅拌20分钟，向上述液体中加入1.5克多壁碳纳米管，继续磁力搅拌2小时，所得混合液体超 声10分钟后置于冷水中冷却、消泡，再次继续超声10分钟即得分散好的碳纳米管分散液，将 1.5克聚偏氟乙烯颗粒溶于3克丙酮和3克二甲基亚砜混合制成的溶剂中，配成聚偏氟乙烯 溶液，取2.5克碳纳米管分散液加入7.5克聚偏氟乙烯溶液中在60°C恒温水浴条件下磁力搅 拌4小时后，超声震荡1小时即得纺丝前驱体溶液;所述纺丝前驱体溶液加入静电纺丝装置 的储液机构中进行静电纺丝，纺丝电压15千伏，纺丝距离15厘米，将静电纺丝装置收集集上 获得的聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维毡置于超微粉碎机中粉碎至500目即得聚偏氟 乙烯/碳纳米管复合微米纤维。4. 如权利要求3所述的一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在于，制备母粒所 用的原料聚偏氟乙烯颗粒与制备聚偏氟乙烯/碳纳米管复合微米纤维所用的聚偏氟乙烯颗 粒为同种颗粒，按照GB/T3682-2000标准，在230 °C、5kg载荷下，其熔体流动速率:6g/10min 密度：1 · 77-1 · 78g/cm3成型收缩率:2-3 %。5. 如权利要求3所述的一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在于，所述的多壁 碳纳米管的直径为50~60nm、长度为15~20μηι的多壁碳纳米管。6. 如权利要求1所述的一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在于，所述抗氧剂 由2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和亚磷酸三壬基苯酯组成，且2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和亚 磷酸三壬基苯酯的重量比为2:1;所述阻燃剂为四氯苯二甲酸酐;所述润滑剂为石蜡。7. 如权利要求1至6中任一项所述的一种高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒，其特征在 于，所述高强度聚偏氟乙烯复合材料母粒制备方法为:将原料按重量份数备好后于高速搅 拌机中在室温下，以500-800转/分钟搅拌10-15分钟后放出，把混合均匀的物料加入双螺杆 挤出机中，在200-240 °C下，熔融挤出、冷却、造粒即得目标母粒。
【文档编号】C08K7/24GK106046633SQ201610497666
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】袁国防, 张丽丽, 李莹, 施文斌
【申请人】青岛海之源智能技术有限公司