CN113024976A - 一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。本发明提供的方法以乙烯基三(2‑甲氧基乙氧基)硅烷和/或全氟辛基三乙氧基硅烷为表面改性剂，将无机导热填料和聚四氟乙烯很好地结合在一起，赋予了聚四氟乙烯优异的导热性，且没有损害聚四氟乙烯本身具有的优异力学性能。

Description

一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力；用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等，一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。针对聚四氟乙烯的耐腐蚀性，适用于制作聚四氟乙烯换热器，然而聚四氟乙烯材料自身属于热的不良导体，限制了其在换热领域的使用。
基于此，需要对聚四氟乙烯材料进行改性。聚四氟乙烯的结构简式为-[-CF2-CF2-]n-，是一种高度结晶的聚合物。碳链上的氢原子被氟原子取代，使得碳链呈现为螺旋形排列在锯齿形碳骨架上。在这个螺旋形排列的结构中，外围的C-F键键能约为485kJ/mol，远远大于原本的C-C键键能332kJ/mol，故聚四氟乙烯化学性质稳定，表面能低，表现为疏水性。导致对聚四氟乙烯很难进行改性，为了赋予聚四氟乙烯一定的导热性，一般会牺牲聚四氟乙烯的本征优势以获取导热性。
因此，有必要提供一种兼具本征优势和导热性的改性聚四氟乙烯复合材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，本发明提供的改性聚四氟乙烯复合材料具有优异的导热性和本征优势。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将表面改性剂、无机导热填料和醇溶剂混合，进行改性反应，得到改性反应液；
将所述改性反应液和聚四氟乙烯混合，得到均质混合液；
将所述均质混合液进行烘干，得到均质粉末；
将所述均质粉末预压成型后，进行烧结，得到所述改性聚四氟乙烯复合材料；
所述表面改性剂包括乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和/或全氟辛基三乙氧基硅烷。
优选地，所述无机导热填料包括二硫化钼或石墨烯；所述无机导热填料的平均粒径为10～100μm；所述无机导热填料的质量为聚四氟乙烯的质量的0.25～1.0％。
优选地，所述聚四氟乙烯的平均粒径为500～520μm。
优选地，所述表面改性剂的质量为聚四氟乙烯的质量的0.5～5％。
优选地，所述醇溶剂包括无水乙醇和/或甲醇。
优选地，所述醇溶剂的质量为表面改性剂、无机导热填料和聚四氟乙烯总质量的1～4倍。
优选地，所述预压成型的压力为8～15MPa，时间为5～8min。
优选地，所述烧结包括依次进行的第一烧结、第二烧结和第三烧结；所述第一烧结的温度为200～220℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第二烧结的温度为300～330℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第三烧结的温度为370～400℃，保温时间为1.0～1.5h。
优选地，所述烧结后，还包括降温，所述降温包括依次进行的第一降温、第二降温和第三降温；所述第一降温的温度为300～330℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第二降温的温度为200～220℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第三降温的温度为室温。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的改性聚四氟乙烯复合材料。
本发明提供了一种改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将表面改性剂、无机导热填料和醇溶剂混合，进行改性反应，得到改性反应液；将所述改性反应液和聚四氟乙烯混合，得到均质混合液；将所述均质混合液进行烘干，得到均质粉末；将所述均质粉末预压成型后，进行烧结，得到所述改性聚四氟乙烯复合材料；所述表面改性剂包括乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和/或全氟辛基三乙氧基硅烷。
本发明以乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和/或全氟辛基三乙氧基硅烷为表面改性剂，由于乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷的分子结构中有一个含有不饱和双键结构的乙烯基官能团和三个可水解的烷氧基——2-甲氧基乙氧基，这种双重反应活性使得表面改性剂可以增强无机导热填料和聚四氟乙烯的结合、粘接和相容程度，进而赋予聚四氟乙烯优异的导热性，同时使聚四氟乙烯的力学性能不受损害；全氟辛基三乙氧基硅烷作为长链分子的硅烷偶联剂通过所含硅烷氧基官能团在水解后释放的醇羟基基团接枝到无机导热填料，然后改性的无机导热填料再通过相似相溶性将改性无机导热填料与聚四氟乙烯混合，保证了聚四氟乙烯与无机导热填料之间很好地结合在一起，进而赋予聚四氟乙烯优异的导热性，且不损害其力学性能。实施例的数据表明：本发明提供的改性聚四氟乙烯复合材料的导热系数为0.2869～0.3083W/m·K。
附图说明
图1为实施例1所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片；
图2为实施例2所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片；
图3为实施例3所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片；
图4为对比例1所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将表面改性剂、无机导热填料和醇溶剂混合，进行改性反应，得到改性反应液；
将所述改性反应液和聚四氟乙烯混合，得到均质混合液；
将所述均质混合液进行烘干，得到均质粉末；
将所述均质粉末预压成型后，进行烧结，得到所述改性聚四氟乙烯复合材料。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明将表面改性剂、无机导热填料和醇溶剂混合，进行改性反应，得到改性反应液。
在本发明中，所述聚四氟乙烯的平均粒径优选为500～520μm。
在本发明中，所述表面改性剂包括乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和/或全氟辛基三乙氧基硅烷；当所述表面改性剂包括乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和全氟辛基三乙氧基硅烷时，所述乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和全氟辛基三乙氧基硅烷的质量比优选为1：1；所述表面改性剂的质量优选为聚四氟乙烯的质量的0.5～5％，进一步优选为1％。本发明将所述表面改性剂的质量设置为聚四氟乙烯质量的0.5～5％，提高了聚四氟乙烯与无机导热填料之间的结合性。
在本发明中，所述无机导热填料优选包括二硫化钼或石墨烯，更优选为二硫化钼；所述无机导热填料的平均粒径优选为10～100μm，所述无机导热填料优选在研钵中研磨，以获得平均粒径为10～100μm的无机导热填料；所述无机导热填料的质量优选为聚四氟乙烯的质量的0.25～1.0％，进一步优选为0.5％。本发明将无机导热填料的质量设置为聚四氟乙烯质量的0.25～1.0％，能够提高聚四氟乙烯的导热性能。
在本发明中，所述醇溶剂优选包括无水乙醇和/或甲醇，进一步优选为无水乙醇；所述醇溶剂的质量优选为表面改性剂、无机导热填料和聚四氟乙烯总质量的1～4倍，优选为1～2倍。本发明选择醇溶剂作为改性的背景溶剂，使聚四氟乙烯、无机导热填料和表面改性剂充分混合均匀，提高了改性聚四氟乙烯复合材料的导热性。
在本发明中，所述改性反应优选在超声震荡的条件下进行，所述超声震荡的功率优选为100～300W，进一步优选为200W；时间优选为1～1.5h，进一步优选为1.0h。
得到改性反应液后，本发明将所述改性反应液和聚四氟乙烯混合，得到均质混合液。在本发明中，所述混合优选在超声震荡的条件下进行，所述超声震荡的参数优选与上述技术方案一致，在此不再赘述。
得到均质混合液后，本发明将所述均质混合液进行烘干，得到均质粉末。在本发明中，所述烘干优选在烘箱中进行，所述烘干的温度优选为100～150℃，进一步优选为120℃，本发明对所述烘干的时间不做具体限定，只要能够使溶剂充分除去即可。
得到均质粉末后，本发明将所述均质粉末预压成型后，进行烧结，得到所述改性聚四氟乙烯复合材料。
在本发明中，所述预压成型的压力优选为8～15MPa，进一步优选为10MPa，时间优选为5～8min；所述预压成型所得模块的密度优选为1.95～2.00g/cm3。在本发明中，所述烧结优选包括依次进行的第一烧结、第二烧结和第三烧结；所述第一烧结的温度优选为200～220℃，进一步优选为210℃，保温时间优选为0.5～1.0h；所述第二烧结的温度优选为300～330℃，进一步优选为310～320℃，保温时间优选为0.5～1.0h；所述第三烧结的温度优选为370～400℃，进一步优选为380～390℃，保温时间优选为1.0～1.5h。在本发明中，由室温升温至第一烧结的温度的速率、由第一烧结的温度升温至第二烧结的温度的速率、由第二烧结的温度升温至第三烧结的温度的速率独立地优选为80～100℃/h。在本发明中，所述烧结的氛围优选为空气。
所述烧结后，本发明优选还包括降温，所述降温优选包括依次进行的第一降温、第二降温和第三降温；所述第一降温的温度优选为300～330℃，进一步优选为310～320℃，保温时间优选为0.5～1.0h；所述第二降温的温度优选为200～220℃，进一步优选为210℃，保温时间优选为0.5～1.0h；所述第三降温的温度优选为室温。在本发明中，由第三烧结的温度降至第一降温的温度的速率、由第一降温的温度降至第二降温的温度的速率、由第二降温的温度降至第三降温的温度的速率独立地优选为80～100℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的改性聚四氟乙烯复合材料。
本发明提供的改性聚四氟乙烯复合材料具有优异的导热性。
下面结合实施例对本发明提供的改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1000g(聚四氟乙烯质量的1.0％)、20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例2
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂全氟辛基三乙氧基硅烷0.1000g(聚四氟乙烯质量的1.0％)，20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例3
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径大小为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂共0.1000g，其中乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.0500g和全氟辛基三乙氧基硅烷0.0500g(聚四氟乙烯质量的1.0％)，20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例4
准确称量1.5000g石墨烯置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的石墨烯填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂全氟辛基三乙氧基硅烷0.1000g(聚四氟乙烯质量的1.0％)，20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对石墨烯填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例5
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.1g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1000g(聚四氟乙烯质量的1.0％)、20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例6
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂全氟辛基三乙氧基硅烷0.5000g(聚四氟乙烯质量的5.0％)，20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例7
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径大小为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂共0.1000g，其中乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.0600g和全氟辛基三乙氧基硅烷0.0400g(聚四氟乙烯质量的1.0％)，20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯(平均粒径为520μm)置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
对比例1
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取20mL无水乙醇和10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下进行混合，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，以获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
对比例2
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.6000g(聚四氟乙烯质量的6.0％)、20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
对比例3
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.05g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.0300g(聚四氟乙烯质量的0.3％)、20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
对比例4
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.15g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1000g(聚四氟乙烯质量的1.0％)、20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液；
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
对比例5
准确称量1.5000g二硫化钼置于研钵中进行研磨，过筛，获得平均粒径为50μm的二硫化钼填料，称量0.02g转入100mL烧杯中。
称取表面改性剂乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1000g(聚四氟乙烯质量的1.0％)、20mL无水乙醇于上述100mL的烧杯中；在超声震荡器的作用下对二硫化钼填料进行改性，其中超声震荡时间为1h，功率为200W，得到改性反应液。
将准确称量的10.0000(误差±0.0002g)聚四氟乙烯置于上述改性反应液中；在同样的超声参数下对聚四氟乙烯和改性反应液进行超声震荡，进而获得均质混合液。
将上述均质混合液置于120℃的烘箱中进行烘干处理，得到均质粉末。
称取2.5000g的均质粉末装入压片机中，在常温、10MPa下，压片成型，然后放置在烧结炉中，在空气氛围下，以100℃/h升温至200℃保温1.0h，以80℃/h升温至320℃保温1.0h，以80℃/h升温至400℃保温1.5；以80℃/h降温至320℃保温1.0h，以100℃/h降温至200℃保温1.0h，以100℃/h降温至室温，得到改性聚四氟乙烯复合材料。
图1为实施例1所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片；图2为实施例2所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片；图3为实施例3所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片；图4为对比例1所得改性聚四氟乙烯复合材料的扫描电镜照片。从图1～4可以看出：添加表面改性剂的样品截面表面较不添加表面改性剂样品截面表面光滑，故添加表面改性剂可以优化无机导热填料和聚四氟乙烯的结合程度。
按照瞬变平面热源法，基于ISO22007的标准测试实施例1～7及对比例1～5所得改性聚四氟乙烯复合材料的导热系数，结果如表1所示。
表1实施例1～7及对比例1～5复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002967025930000121
Figure BDA0002967025930000131
从表1可以看出：添加表面改性剂的改性聚四氟乙烯样品的导热系数(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4)高于不添加表面改性剂的改性聚四氟乙烯样品(对比例1)的导热系数；此外，无机填料在一定剂量范围内，施加对应适量的表面改性剂可提高改性样品的导热系数，在适当范围内，改性样品的导热系数随无机填料剂量的增加而增加。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将表面改性剂、无机导热填料和醇溶剂混合，进行改性反应，得到改性反应液；
将所述改性反应液和聚四氟乙烯混合，得到均质混合液；
将所述均质混合液进行烘干，得到均质粉末；
将所述均质粉末预压成型后，进行烧结，得到所述改性聚四氟乙烯复合材料；
所述表面改性剂包括乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷和/或全氟辛基三乙氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机导热填料包括二硫化钼或石墨烯；所述无机导热填料的平均粒径为10～100μm；所述无机导热填料的质量为聚四氟乙烯的质量的0.25～1.0％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯的平均粒径为500～520μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂的质量为聚四氟乙烯的质量的0.5～5％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂包括无水乙醇和/或甲醇。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂的质量为表面改性剂、无机导热填料和聚四氟乙烯总质量的1～4倍。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预压成型的压力为8～15MPa，时间为5～8min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结包括依次进行的第一烧结、第二烧结和第三烧结；所述第一烧结的温度为200～220℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第二烧结的温度为300～330℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第三烧结的温度为370～400℃，保温时间为1.0～1.5h。
9.根据权利要求1或8所述的制备方法，其特征在于，所述烧结后，还包括降温，所述降温包括依次进行的第一降温、第二降温和第三降温；所述第一降温的温度为300～330℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第二降温的温度为200～220℃，保温时间为0.5～1.0h，所述第三降温的温度为室温。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法得到的改性聚四氟乙烯复合材料。
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CN118421030A (zh) * 2024-07-05 2024-08-02 四川大学 一种粒子填充聚四氟乙烯复合材料及其制备方法

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