本发明属于石墨烯技术领域，具体涉及一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯(graphene)是由碳原子以sp2杂化键合而成的单层二维碳质材料，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环(electricfieldeffectinatomicallythincarbonfilms，science，2004，306：666-669)，是目前最理想的二维纳米材料。石墨烯是构成其它维数碳材料的基本单元，石墨烯包裹起来形成零维的富勒烯；卷曲形成一维的碳纳米管；叠加形成三维的石墨，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。2004年andregeim和kostyanovoselov首次制备出稳定的单层石墨烯，并因此于2010年获得了诺贝尔物理学奖，近年来石墨烯受到了全世界科学家以及工业界的广泛关注，成为了研究的热点。石墨烯有很高的杨氏模量和热导率，分别约为1060gpa和3000wm1k1；石墨烯强度是已测试材料中最高的，达130gpa，是钢的100多倍(measurementoftheelasticpropertiesandintrinsicstrengthofmonolayergraphene，science，2008，321：385-388)。此外，其载流子迁移率达200000cm2v1s1(ultrahighelectronmobilityinsuspendedgraphene，solidstatecommunication，2008，146：351-355)，超过商用硅片迁移率的10倍以上，所以石墨烯有非常高的电导率，达6000s/cm(approachingballistictransportinsuspendedgraphene，naturenanotechnology，2008，3：491-495)；相当高的表面积2600m2/g(aroutetohighsurfacearea，porosityandinclusionoflargemoleculesincrystals，nature，2004，427：523-527)，石墨烯的这些特性可以提高聚合物的机械性能、导电、导热和气阻性能，是一种具有巨大潜力的新型材料。
聚四氟乙烯由于具有摩擦系数低、热稳定性强和耐化学腐蚀性能优良等优点，常作为一种性能优良的自润滑材料广泛应用于航空航天、石油化工、机械、电子、环保等领域。但是聚四氟乙烯耐磨性能差、机械强度低、导热性能差，继而缩短了材料的寿命，限制了其在工业生产中的应用。为了提高聚四氟乙烯的综合性能，拓展其在摩擦学领域的应用，国内外学者对聚四氟乙烯的改性做了一系列的研究，主要包括填充改性和表面改性。填充改性是指在基体材料中添加具有特殊性能的填料，来改善基体材料的硬度及耐磨性能；而表面改性是通过各种方法增加基体材料的表面能，改善其粘结性以及相溶性。
专利cn103897304a公开了一种石墨烯-纳米聚四氟乙烯复合填料及其制备方法和应用，首先将石墨烯氨基化、纳米聚四氟乙烯羧基化，然后通过改性石墨烯上的氨基和改性聚四氟乙烯上的羧基发生缩合反应，使这两种改性后的材料通过共价键链接；采用该方法制备的复合填料能够均匀地分散在聚合物基体中，不仅提高了聚合物的摩擦性能，同时增强了其力学和热力学性能；但该专利技术存在制备成本高，制备过程复杂的缺陷。
专利cn101367278a以聚四氟乙烯、青铜粉、玻璃纤维、铁的氧化物和电解铜粉为原料，首先将青铜粉混合均匀后涂在带有电镀层的钢板上，经750℃～930℃高温烧结并轧平，然后将聚四氟乙烯、玻璃纤维、铁的氧化物和电解铜粉混合均匀后涂在其表面进行复合轧制，再送入氮气保护中以350℃～460℃高温烧结，最终制得一种环保型自润滑材料；该发明制备方法简单，具有良好的自润滑性能和耐磨性能；但该专利中材料的相容性差，并且机械强度较低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，将石墨烯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)混合，升温反应制备得到非共价改性石墨烯粉末；将聚四氟乙烯与二甲基甲酰胺水溶液反应制备得到二甲基甲酰胺接枝的聚四氟乙烯水溶液；将非共价改性石墨烯粉末和碳化硅微粉加入到二甲基甲酰胺接枝的聚四氟乙烯水溶液中，密闭静置后加热搅拌，分离清洗，最终压制成型得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。该复合材料改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
本发明的技术方案为：
一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯和dmc共同溶于去离子水中，升温并搅拌得到悬浮液，离心、洗涤、干燥，得到非共价改性石墨烯粉末；
(2)将上述非共价改性石墨烯粉末、聚四氟乙烯粉末和碳化硅微粉边搅拌边加入到乙酸乙酯中，超声振荡，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯乙酸乙酯混合溶液，将混合溶液干燥，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末；
(3)将碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末在45mpa～50mpa压力下压制成型，即制备得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
优选地，步骤(1)中升温的温度为80℃～100℃。
优选地，步骤(1)中搅拌转速为1500r/min～1800r/min，搅拌时间为50min～80min。
优选地，步骤(1)中石墨烯与dmc的重量比为1～5:2～9。
优选地，步骤(2)中非共价改性石墨烯粉末、二甲基甲酰胺接枝的聚四氟乙烯粉末和碳化硅微粉的重量比为2～5:85～108:1～4。
优选地，步骤(2)中超声频率为50hz～80hz，超声时间为80min～120min,超声温度为35℃～50℃。
上述方法制备得到的碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
本发明的有益效果如下：
本发明将石墨烯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)混合，升温反应制备得到非共价改性石墨烯粉末；将非共价改性石墨烯粉末、聚四氟乙烯粉末和碳化硅微粉加入乙酸乙酯中混合均匀，干燥或压制成型得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。该复合材料改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3.5重量份石墨烯和8重量份dmc共同溶于去离子水中，升温至85℃，并在1600r/min转速下搅拌反应60min，得到悬浮液，对悬浮液进行离心分离，离心机转速为4000r/min，离心时间为15min，并用去离子水反复清洗，然后置于烘箱100℃干燥5h，得到非共价改性石墨烯粉末；
(2)将3重量份非共价改性石墨烯粉末、100重量份聚四氟乙烯粉末和1.5重量份碳化硅微粉边搅拌边加入到乙酸乙酯中，在60hz的频率下超声振荡120min，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯乙酸乙酯混合溶液，将混合溶液在80℃条件下干燥处理20h，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末；
(3)将碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末在45mpa压力下压制40min,压制成型，即制备得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
本实施例制备得到的碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的拉伸强度达到65mpa，其体积电阻率为50ω·cm，其摩擦系数u为0.23，改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
实施例2
一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4重量份石墨烯和7.6重量份dmc共同溶于去离子水中，升温至92℃，并在1800r/min转速下搅拌反应50min，得到悬浮液，对悬浮液进行离心分离，离心机转速为3500r/min，离心时间为20min，并用去离子水反复清洗，然后置于烘箱100℃干燥8h，得到非共价改性石墨烯粉末；
(2)将4.6重量份非共价改性石墨烯粉末、105重量份聚四氟乙烯粉末和1.5重量份碳化硅微粉边搅拌边加入到乙酸乙酯中，在65hz的频率下超声振荡110min，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯乙酸乙酯混合溶液，将混合溶液在85℃条件下干燥处理18h，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末；
(3)将碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末在48mpa压力下压制50min,压制成型，即制备得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
本实施例制备得到的碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的拉伸强度达到62mpa，其体积电阻率为55ω·cm，其摩擦系数u为0.25，改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
实施例3
一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4重量份石墨烯和8重量份dmc共同溶于去离子水中，升温至95℃，并在1600r/min转速下搅拌反应60min，得到悬浮液，对悬浮液进行离心分离，离心机转速为4000r/min，离心时间为18min，并用去离子水反复清洗，然后置于烘箱100℃干燥8h，得到非共价改性石墨烯粉末；
(2)将5重量份非共价改性石墨烯粉末、100重量份聚四氟乙烯粉末和3重量份碳化硅微粉边搅拌边加入到乙酸乙酯中，在65hz的频率下超声振荡100min，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯乙酸乙酯混合溶液，将混合溶液在80℃条件下干燥处理15h，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末；
(3)将碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末在48mpa压力下压制35min,压制成型，即制备得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
本实施例制备得到的碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的拉伸强度达到60mpa，其体积电阻率为52ω·cm，其摩擦系数u为0.26，改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
实施例4
一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2重量份石墨烯和6重量份dmc共同溶于去离子水中，升温至100℃，并在1800r/min转速下搅拌反应80min，得到悬浮液，对悬浮液进行离心分离，离心机转速为4000r/min，离心时间为25min，并用去离子水反复清洗，然后置于烘箱100℃干燥12h，得到非共价改性石墨烯粉末；
(2)将3.5重量份非共价改性石墨烯粉末、92重量份聚四氟乙烯粉末和1.5重量份碳化硅微粉边搅拌边加入到乙酸乙酯中，在65hz的频率下超声振荡95min，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯乙酸乙酯混合溶液，将混合溶液在80℃条件下干燥处理20h，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末；
(3)将碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末在45mpa压力下压制45min,压制成型，即制备得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
本实施例制备得到的碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的拉伸强度达到66mpa，其体积电阻率为54ω·cm，其摩擦系数u为0.25，改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
实施例5
一种碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4.8重量份石墨烯和8重量份dmc共同溶于去离子水中，升温至85℃，并在1700r/min转速下搅拌反应55min，得到悬浮液，对悬浮液进行离心分离，离心机转速为4000r/min，离心时间为15min，并用去离子水反复清洗，然后置于烘箱100℃干燥9h，得到非共价改性石墨烯粉末；
(3)将3重量份非共价改性石墨烯粉末、100重量份聚四氟乙烯粉末和4重量份碳化硅微粉边搅拌边加入到乙酸乙酯中，在60hz的频率下超声振荡120min，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯乙酸乙酯混合溶液，将混合溶液在80℃条件下干燥处理20h，得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末；
(4)将碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末在46mpa压力下压制39min,压制成型，即制备得到碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料。
本实施例制备得到的碳化硅-石墨烯-聚四氟乙烯复合材料的拉伸强度达到64mpa，其体积电阻率为54ω·cm，其摩擦系数u为0.26，改善了聚四氟乙烯材料的耐磨性能差的问题，且具备较高的机械强度和优异的导电性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。