本发明涉及聚合物基复合材料技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯复合材料。
背景技术：
聚四氟乙烯(ptfe)材料具有优异耐介质、低摩擦系数、使用温度范围宽等优良特性，是用作密封的理想材料，但ptfe材料在外力作用下容易发生蠕变、磨损，使用寿命短，机械性能较差。为提高聚四氟乙烯综合性能，需要对聚四氟乙烯进行改性，通常是与其他材料进行物理填充，利用复合材料的特性，弥补聚四氟乙烯自身的不足，从而达到改性的目的，但是由于ptfe是表面能最小的一种固体材料，表面张力极低，其它材料很难粘附在其表面，导致聚四氟乙烯基复合材料相容性并不理想，综合性能有待进一步提高。
中国发明专利(公开号cn102604282a)公开了一种纳米粒子填充复合材料的制备方法，为了提高无机纳米粒子与聚合物基体材料的相容性，通过偶联剂对无机纳米粒子进行表面改性，然后模压烧结成型，可以有效提升复合材料的力学性能、耐磨性能，降低摩擦系数。但是其使用的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂基本上都是一些低沸点在偶联剂，高温烧结的时候会发生高温分解，导致在复合材料中形成比较多的空隙，增大了材料的吸水率，降低致密度。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种聚四氟乙烯复合材料。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料包括以下重量份的组分：80～99份的含氟树脂、0.1～5份的氟化石墨烯、0.1～19份的玻璃纤维和0.1～1份的三氧化二锑；
所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(ⅰ)将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑按照重量配比分散在羧酸改性大分子分散剂溶液中，固液分离，收集固体并干燥，其中，所述羧酸改性大分子分散剂溶液的溶剂为有机溶剂；
(ⅱ)将干燥后的固体混合均匀后在25～55mpa下保压1～30分钟成型得到成型材料；
(ⅲ)将步骤(ⅱ)得到的成型材料烧结得到所述聚四氟乙烯复合材料；
所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈溶解在二氧六环中，通惰性气体除氧后磁力搅拌至均相溶液；
(2)将步骤(1)得到的均相溶液在惰性气体氛围下于60～80℃反应后用正己烷洗涤后将产物真空干燥，得到所述羧酸改性大分子分散剂。
上述的聚四氟乙烯复合材料将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维、三氧化二锑混合搭配合后分散在羧酸改性大分子分散剂中，通过各组分之间的配合作用，使得各组分的分散效果更好，不易团聚。同时，上述方法制备得到的羧酸改性大分子分散剂在溶液中能够锚固在填料粒子的表面，增大空间位阻，避免复合材料中各组分的团聚，从而增大复合材料的相容性，提高聚四氟乙烯复合材料的力学性能和导热性能。
优选的，所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法中，所述丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇为甲氧基聚乙二醇(350)单甲基丙烯酸酯(沙多玛公司cd550)、甲氧基聚乙二醇(350)单丙烯酸酯(沙多玛公司cd551)、甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯(沙多玛公司cd552)、甲氧基聚乙二醇(550)单丙烯酸酯(沙多玛公司cd553)
优选的，所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法中，丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈的重量比为(40～60)：(40～60)：(1～2)：(1～2)。
发明人通过研究发现，羧酸改性大分子分散剂的制备原料中烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈的重量比为(40～60)：(40～60)：(1～2)：(1～2)时，能够使得羧酸改性大分子分散剂能够改善聚四氟乙烯复合材料中各组分的分散效果，提高聚四氟乙烯复合材料的力学性能和导热性能。
优选的，所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法的步骤(2)中，60～80℃反应的时间为8～12h。
优选的，所述聚四氟乙烯复合材料中羧酸改性大分子分散剂溶液的溶剂为乙醇、正己烷、丙酮、甲苯、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种或几种，所述聚四氟乙烯复合材料中羧酸改性大分子分散剂溶液中溶质的质量浓度为5％～20％。
优选的，所述羧酸改性大分子分散剂溶液中溶质的质量浓度为9％～10％。
发明人经过研究发现，当羧酸改性大分子分散剂溶液中溶质的质量浓度为9％～10％，聚四氟乙烯复合材料各组分的分散效果更好，聚四氟乙烯复合材料的力学性能和导热性能更佳。
优选的，所述聚四氟乙烯复合材料包括以下重量份的组分：80～99份的含氟树脂、3～5份的氟化石墨烯、0.1～19份的玻璃纤维和0.1～1份的三氧化二锑。
发明人经过研究发现，当聚四氟乙烯复合材料中各组分的重量配比为80～99份的含氟树脂、3～5份的氟化石墨烯、0.1～19份的玻璃纤维和0.1～1份的三氧化二锑时，聚四氟乙烯复合材料的力学性能和导热性能更佳。
优选的，所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法的步骤(ⅲ)中，所述烧结的方法为：以升温速率为20～40℃/小时升温至320～340℃后保温1～3小时，然后以升温速率为20～40℃/小时升温至380～400℃后保温1～3小时，然后以降温速率为20～40℃/小时降温至320～340℃后保温1～3小时。
优选的，所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法的步骤(ⅰ)中，将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑按照重量配比通过搅拌分散在羧酸改性大分子分散剂溶液中，搅拌速度为100～500r/min，搅拌时间为30～60min；
所述步骤(ⅱ)中，干燥后的固体在高速混料机以2200r/min的速度混料3～5min混合均匀。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种聚四氟乙烯复合材料，本发明的聚四氟乙烯复合材料将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑搭配后，分散在羧酸改性大分子分散剂的溶液中，通过各组分之间的配合作用，使得各组分的分散效果更好，不易团聚。同时，羧酸改性大分子分散剂溶液中能够锚固在填料粒子的表面，增大空间位阻，避免复合材料中各组分的团聚，从而增大复合材料的相容性，提高聚四氟乙烯复合材料的力学性能和导热性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的聚四氟乙烯复合材料的sem图。
图2为本发明实施例2的聚四氟乙烯复合材料的sem图。
图3为本发明实施例3的聚四氟乙烯复合材料的sem图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料由以下重量份的组分组成：80份的聚四氟乙烯树脂、5份的氟化石墨烯、0.1份的玻璃纤维和1份的三氧化二锑。本实施例聚四氟乙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(ⅰ)将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑按照重量配比分散在羧酸改性大分子分散剂溶液中，300r/min搅拌30min分散后固液分离，收集固体并于120℃干燥2h，其中，所述羧酸改性大分子分散剂溶液的溶剂为乙醇，所述羧酸改性大分子分散剂溶液中溶质的质量浓度为10％；
(ⅱ)将干燥后的固体在高速混料机中以2200r/min的速度混料4min至混合均匀后在30mpa下保压5分钟成型得到成型材料；
(ⅲ)将步骤(ⅱ)得到的成型材料烧结得到所述聚四氟乙烯复合材料，所述烧结的方法为：以升温速率为20℃/小时升温至320℃后保温3小时，然后以升温速率为20℃/小时升温至380℃后保温3小时，然后以降温速率为20℃/小时降温至320℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到所述聚四氟乙烯复合材料。
所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯(沙多玛公司cd552)、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈溶解在二氧六环中，通氮气除氧后磁力搅拌至均相溶液，丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈的重量比为50：50：1：2；
(2)将步骤(1)得到的均相溶液在惰性气体氛围下于70℃反应12h后在冰水中淬灭，然后用正己烷洗涤，固液分离后将产物真空干燥，得到所述羧酸改性大分子分散剂。
实施例2
作为本发明实施例的一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料由以下重量份的组分组成：99份的聚四氟乙烯树脂、0.1份的氟化石墨烯、19份的玻璃纤维和0.1份的三氧化二锑。
实施例3
作为本发明实施例的一种聚四氟乙烯复合材料，所述聚四氟乙烯复合材料由以下重量份的组分组成：90份的聚四氟乙烯树脂、3份的氟化石墨烯、15份的玻璃纤维和0.5份的三氧化二锑。
对比例1
作为本发明实施例的一种聚四氟乙烯复合材料，本对比例与实施例3的唯一区别为：所述聚四氟乙烯复合材料的组分组成中不含有氟化石墨烯，其余组分重量比一致。
对比例2
作为本发明实施例的一种聚四氟乙烯复合材料，本对比例与实施例3的唯一区别为：所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法为：
(a)将90份的聚四氟乙烯树脂、3份的氟化石墨烯、15份的玻璃纤维和0.5份的三氧化二锑在高速混料机中以2200r/min的速度混料4min至混合均匀后在30mpa下保压5分钟成型得到成型材料；
(b)将步骤(a)得到的成型材料烧结得到所述聚四氟乙烯复合材料，所述烧结的方法为：以升温速率为20℃/小时升温至320℃后保温3小时，然后以升温速率为20℃/小时升温至380℃后保温3小时，然后以降温速率为20℃/小时降温至320℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到所述聚四氟乙烯复合材料。
效果例1
对实施例1-3的聚四氟乙烯复合材料进行扫描电镜检测，结果如图1-图3所示，由sem图可知，实施例1-3的聚四氟乙烯复合材料中各组分的分散性很好。
对实施例1-3和对比例1-2的聚四氟乙烯复合材料进行测试，结果如表1所示。
拉伸强度采用gb/t1040-92塑料拉伸性能试验方法测试。
断裂伸长率采用gb/t1040-92塑料拉伸性能试验方法测试。
摩擦系数和磨痕宽度采用gb3960-83塑料滑动摩擦磨损试验方法测试。
表1耐磨自润滑密封复合材料的性能参数
通过实施例1-3与对比例2、对比1相比，聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑搭配后分散在羧酸改性大分子分散剂中，通过各组分之间的配合作用，使得各组分的分散效果更好，不易团聚。说明氟化石墨烯表面活性官能团与聚四氟乙烯分子间强烈的分子间作用力，可以极大改善聚四氟乙烯基复合材料各组分间的相容性，同时，羧酸改性大分子分散剂溶液中能够锚固在填料粒子的表面，增大空间位阻，避免复合材料中各组分的团聚，从而增大复合材料的相容性，提高聚四氟乙烯复合材料的力学性能和导热性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
1.一种聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料包括以下重量份的组分：80～99份的含氟树脂、0.1～5份的氟化石墨烯、0.1～19份的玻璃纤维和0.1～1份的三氧化二锑；
所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(ⅰ)将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑按照重量配比分散在羧酸改性大分子分散剂溶液中，固液分离，收集固体并干燥，其中，所述羧酸改性大分子分散剂溶液的溶剂为有机溶剂；
(ⅱ)将干燥后的固体混合均匀后在25～55mpa下保压1～30分钟成型得到成型材料；
(ⅲ)将步骤(ⅱ)得到的成型材料烧结得到所述聚四氟乙烯复合材料；
所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈溶解在二氧六环中，通惰性气体除氧后磁力搅拌至均相溶液；
(2)将步骤(1)得到的均相溶液在惰性气体氛围下于60～80℃反应后用正己烷洗涤后将产物真空干燥，得到所述羧酸改性大分子分散剂。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法中，所述丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇为甲氧基聚乙二醇(350)单甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(350)单丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(550)单丙烯酸酯中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法中，丙烯酸酯化的甲氧基聚乙二醇、丙烯酸、s,s’-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈的重量比为(40～60)：(40～60)：(1～2)：(1～2)。
4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述羧酸改性大分子分散剂的制备方法的步骤(2)中，60～80℃反应的时间为8～12h。
5.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料中羧酸改性大分子分散剂溶液的溶剂为乙醇、正己烷、丙酮、甲苯、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺中的任意一种或几种，所述羧酸改性大分子分散剂溶液中溶质的质量浓度为5％～20％。
6.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述羧酸改性大分子分散剂溶液中溶质的质量浓度为9％～10％。
7.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料包括以下重量份的组分：80～99份的含氟树脂、3～5份的氟化石墨烯、0.1～19份的玻璃纤维和0.1～1份的三氧化二锑。
8.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法的步骤(ⅲ)中，所述烧结的方法为：以升温速率为20～40℃/小时升温至320～340℃后保温1～3小时，然后以升温速率为20～40℃/小时升温至380～400℃后保温1～3小时，然后以降温速率为20～40℃/小时降温至320～340℃后保温1～3小时。
9.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯复合材料的制备方法的步骤(ⅰ)中，将聚四氟乙烯树脂、氟化石墨烯、玻璃纤维和三氧化二锑按照重量配比通过搅拌分散在羧酸改性大分子分散剂溶液中，搅拌速度为100～500r/min，搅拌时间为30～60min；
所述步骤(ⅱ)中，干燥后的固体在高速混料机以2200r/min的速度混料3～5min混合均匀。
技术总结