CN111303471A - 一种纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法。采用激光照射法，在聚四氟乙烯（PTFE）薄膜表面焊接纳米二氧化钛，制得纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜，具有亲水性好、耐磨性好和自洁净化空气的作用。具体制备方法包括下述步骤：1）将PTFE薄膜平铺，在其表面均匀铺上一层纳米二氧化钛，再以一定压力进行冷压，使纳米二氧化钛嵌入PTFE薄膜表面；2）再对PTFE薄膜表面进行激光照射，利用激光束的热效应使薄膜表面被照射到的微小区域瞬间熔融，熔体将该区域表面粘附的纳米片包围起来，待熔体冷却固化时，就可以将纳米二氧化钛锚定在PTFE薄膜表面，从而实现粉末材料与PTFE表面的有效焊接，制得纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜。本发明采用的激光焊接法工艺简单，成本低，且可有效改善PTFE薄膜的表面耐磨性、亲水性，并起到自洁净化空气的作用。

Description

一种纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，特别是提供了一种利用激光热效应将纳米二氧化钛焊接于聚四氟乙烯表面制备复合薄膜的方法。
背景技术
聚四氟乙烯（PTFE）薄膜是由聚四氟乙烯悬浮树脂经冷压烧结、车削、压延制成。PTFE分子中的—CF2-重复单元呈锯齿形状排列，由于氟原子半径比氢原子稍大，所以相邻的-CF2-单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面，这种几乎无间隙的空间屏障使得任何原子或基团都不能进入其结构内部而破坏碳链。PTFE 自身的结构特点使它具有优异的自润滑性能、化学稳定性能和耐高低温性能，良好的电绝缘性能、耐候性能和不燃性能。
然而，其分子结构特点也造成了PTFE 薄膜比表面积较小、表面能较低、与其它材料间的粘接性能较差等缺点，不利于涂装和粘接，耐摩擦性能也不太理想，应用于高端建筑用薄膜上还需进行表面改性。
近年来，国内外研究人员通过对PTFE薄膜进行表面改性处理，以期提高PTFE 薄膜的相关性能。聚四氟乙烯薄膜表面改性的目的主要是为了提高其表面亲水性，改善与其他材料的粘接性能。PTFE薄膜表面改性的技术种类较多，例如钠-萘络合物化学处理、激光辐射改性、离子注入改性、高温熔融法、高能辐射接枝改性、等离子体改性方法等。这些方法但都具有相应的缺点。钠-萘络合物处理剂有毒，有腐蚀性，处理后表面变色，长时间暴露在光照下，粘结性能严重降低；激光辐射改性方法对使用的激光源要求苛刻，需满足以下条件：激光束的振荡波长能被 PTFE 吸收，激光束的光子能量大于 PTFE 的 C-F 键能；离子注入改性是将高能量的离子束入射到材料中，离子束与材料中的原子或者分子发生一系列的物理化学反应，改变材料的结构和性能，但是处理设备价格昂贵；高温熔融法的缺点是聚四氟乙烯在高温下尺寸稳定性较差，不易保持形状，且高温可能造成材料本体的损伤；高能辐射改性问题是，辐射不仅会对表面起作用，而且会对本体造成损害，聚四氟乙烯不耐辐射，会造成降解，机械性能下降，而且辐射对操作人员也可能有不良的影响，需做好防护措施；等离子体改性存在处理设备价格昂贵、处理后效果维持时间不长等不足。因此，构建一种简单、廉价、处理效果稳定的PTFE薄膜表面改性工艺，是提高PTFE薄膜性能的重要挑战。
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接具有深度比大、热影响区域小、表面成形好等特点。不仅可以应用于焊接金属，也可用于焊接塑料，或者是将塑料与金属焊接结合。但是目前的激光焊接基本上都是对块体材料之间进行焊接，鲜有报道块体材料与纳米粉末材料之间的焊接。
根据现有技术存在的问题，为了改善PTFE薄膜的耐磨性能、亲水性能等，本发明利用激光热效应将纳米材料焊接于聚四氟乙烯薄膜表面进行改性，具有工艺简单，设备价格低廉，而且纳米二氧化钛与聚四氟乙烯薄膜结合牢固，稳定性好、耐候性好，同时还具有自洁净化空气作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用激光热效应将纳米二氧化钛焊接于聚四氟乙烯表面制备复合薄膜的方法。
其特征在于，所述改性方法包括：
（1）纳米二氧化钛在PTFE薄膜表面的嵌入
将PTFE薄膜平铺，在其表面均匀铺上一层纳米二氧化钛，再以一定压力进行冷压，使纳米二氧化钛嵌入PTFE薄膜表面，得到纳米二氧化钛覆盖膜；
（2）纳米二氧化钛在PTFE表面的焊接
对所得纳米二氧化钛覆盖膜表面进行激光照射，利用激光束的热效应使薄膜表面被照射到的微小区域瞬间熔融，熔体将该区域表面粘附的纳米片包围起来，待熔体冷却固化时，就可以将纳米二氧化钛锚定在PTFE薄膜表面，从而实现纳米二氧化钛与PTFE薄膜表面的有效焊接，制得纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜。
上述所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述纳米二氧化钛用量为聚四氟乙烯的0.1-10 wt%。
上述所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述聚四氟乙烯薄膜厚度为0.1-2 mm。
上述所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，冷压压力为100-140 MPa。
上述所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，所用激光功率为0.1-1 W。
上述所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，所用激光焊接厚度为0.1-1 mm。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进一步描述。
实施例1
本实施例的制备方法为：
（1）将厚度为1mm的PTFE薄膜裁成边长为20 cm的正方形，称取2g纳米二氧化钛，将其均匀铺展于PTFE薄膜表面，在100 MPa压力下进行冷压，保压一段时间。
（2）将步骤（1）所得覆膜放于激光雕刻机下，调节激光雕刻机的激光光斑，使其聚焦，调节激光功率为0.1 W，雕刻深度为0.1 mm，对PTFE薄膜表面进行照射，使PTFE薄膜表面被照射到的微小区域瞬间熔融，冷却固化，制得纳米二氧化钛/PTFE薄膜。
对上述制备的复合薄膜样品进行磨损性能、亲水性测试，其磨耗量为0.0154g，水接触角为65.4°。
实施例2
本实施例的制备方法为：
（1）将厚度为2mm的PTFE薄膜裁成边长为20 cm的正方形，称取5g纳米二氧化钛，将其均匀铺展于PTFE薄膜表面，在140 MPa压力下进行冷压，保压一段时间。
（2）将步骤（1）所得覆膜放于激光雕刻机下，调节激光雕刻机的激光光斑，使其聚焦，调节激光功率为0.2 W，雕刻深度为0.5 mm，对PTFE薄膜表面进行照射，使PTFE薄膜表面被照射到的微小区域瞬间熔融，冷却固化，制得纳米二氧化钛/PTFE薄膜。
对上述制备的复合薄膜样品进行磨损性能、亲水性测试，其磨耗量为0.0113g，水接触角为60.1°。
实施例3
本实施例的制备方法为：
（1）将厚度为1.5mm的PTFE薄膜裁成边长为20 cm的正方形，称取5g纳米二氧化钛，将其均匀铺展于PTFE薄膜表面，在120 MPa压力下进行冷压，保压一段时间。
（2）将步骤（1）所得覆膜放于激光雕刻机下，调节激光雕刻机的激光光斑，使其聚焦，调节激光功率为0.2 W，雕刻深度为0.5 mm，对PTFE薄膜表面进行照射，使PTFE薄膜表面被照射到的微小区域瞬间熔融，冷却固化，制得纳米二氧化钛/PTFE薄膜。
对上述制备的复合材料样品进行测试，其磨耗量为0.0123 g，水接触角为63.8°。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技术人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用于其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：采用激光照射焊接法，在聚四氟乙烯（PTFE）薄膜表面焊接纳米二氧化钛，从而提高薄膜表面耐磨性和亲水性，并具有自洁净化空气的功能。具体制备方法步骤如下：
（1）纳米二氧化钛在PTFE薄膜表面的嵌入
将PTFE薄膜平铺，在其表面均匀铺上一层纳米二氧化钛，再以一定压力进行冷压，使纳米二氧化钛嵌入PTFE薄膜表面，得到纳米二氧化钛覆盖膜；
（2）纳米二氧化钛在PTFE表面的焊接
对所得纳米二氧化钛覆盖膜表面进行激光照射，利用激光束的热效应使薄膜表面被照射到的微小区域瞬间熔融，熔体将该区域表面粘附的纳米片包围起来，待熔体冷却固化时，就可以将纳米二氧化钛锚定在PTFE薄膜表面，从而实现纳米二氧化钛与PTFE薄膜表面的有效焊接，制得纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜。
2.根据权利要求1所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述纳米二氧化钛用量为聚四氟乙烯的0.1-10 wt%：。
3.根据权利要求1所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜，其特征在于：所述聚四氟乙烯薄膜厚度为0.1-2 mm。
4.根据权利要求1所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，冷压压力为100-140 MPa。
5.根据权利要求1所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，所用激光功率为0.1-1 W。
6.根据权利要求1所述纳米二氧化钛/聚四氟乙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，所用激光焊接厚度为0.1-1 mm。
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