CN114456426A - 一种高强度聚四氟乙烯复合板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高强度聚四氟乙烯复合板材及其制备方法，以聚四氟乙烯板为基板，以改性聚四氟乙烯薄膜为涂层，所述涂层以聚四氟乙烯为原材料，以硅氧材料为掺杂材料。本发明解决了现有聚四氟乙烯板材机械性差的问题，利用三氯甲基硅烷形成硅氧体系与膨化聚四氟乙烯形成渗透性结构，达到改善机械性能的效果。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高强度聚四氟乙烯复合板材及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯俗称“塑料王”，是一种以四氟乙烯作为单体聚合制得的高分子聚合物，呈白色蜡状、半透明、耐热、耐寒性优良，可在－180～260℃长期使用。且聚四氟乙烯具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，还具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低。因此，聚四氟乙烯成为易清洁水管内层的理想涂料。
然而，聚四氟乙烯材料具有良好的化学惰性，阻碍了其与其他材料的结合，因此，目前的聚四氟乙烯板材以纯聚四氟乙烯材料为主，而这种单一的聚四氟乙烯板材的强度普遍不高，大大限制了其在化工、机械等领域的应用。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种高强度聚四氟乙烯复合板材，解决了现有聚四氟乙烯板材机械性差的问题，利用三氯甲基硅烷形成硅氧体系与膨化聚四氟乙烯形成渗透性结构，达到改善机械性能的效果。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种高强度聚四氟乙烯复合板材，以聚四氟乙烯板为基板，以改性聚四氟乙烯薄膜为涂层，所述涂层以聚四氟乙烯为原材料，以硅氧材料为掺杂材料；在该材料内，聚四氟乙烯板材自身依然保持良好的化学惰性，也能够保持良好的耐高温特性，而硅氧材料能够保持不错的化学惰性，还具有良好的疏水特性，能够提升聚四氟乙烯材料的耐水解特性，同时硅氧材料自身硅氧结构体现出良好的化学惰性、耐高温性能和机械强度，达到补足聚四氟乙烯机械性能不佳的问题。
所述改性聚四氟乙烯涂层通过将纳米聚四氟乙烯延压形成膨胀聚四氟乙烯，并通过三氯甲基硅烷蒸汽掺杂改性，得到硅氧改性聚四氟乙烯复合板材。
所述改性聚四氟乙烯涂层的制备方法，包括如下步骤：
a1，将纳米聚四氟乙烯加入至乙醇中搅拌形成均一溶液，然后静置蒸发形成浆料，所述纳米聚四氟乙烯在乙醇中的浓度为100－200g/L，搅拌的速度为1000－2000r/min，静置蒸发的温度为80－90℃；
a2，将浆料放置在压延机上恒温静置1－2h后压延形成基膜，所述恒温静置的温度为80－90℃，所述压延的温度为80－100℃，所述延压后的基膜厚度为200－500μm；
a3，将基膜拉伸并烧结固化得到膨化聚四氟乙烯膜；所述拉伸依次包括纵向拉伸、双向拉伸和横向拉伸，其中，纵向拉伸倍数为2－4倍，温度为250－260℃，所述双向拉伸的倍数为2－4倍，温度为220－240℃，所述横向拉伸的温度为160－180℃；所述烧结在横向拉伸结束后进行，且烧结温度为300－320℃，烧结时间为30－60s，烧结后得到厚度为10－50μm，孔径为0.2－1.4μm的聚四氟乙烯基微孔膜；
a4，将三氯甲基硅烷加入至无水乙醚中搅拌均匀，形成溶解液；然后将膨化聚四氟乙烯膜放置在干燥的反应釜内，恒温通入溶解液并静置20－30min，降温得到镀膜的膨化聚四氟乙烯膜；所述三氯甲基硅烷在无水乙醚中的浓度为300－600g/L，所述恒温通入的温度为70－80℃，通入速度为20－50mL/min，所述静置的温度为70－80℃，所述降温后的温度为40－60℃；该步骤中的三氯甲基硅烷与无水乙醚直接受热转化为三氯甲基硅烷和乙醚的混合蒸汽，该蒸汽在通入反应釜的过程中，三氯甲基硅烷直接渗透至膨化聚四氟乙烯膜的微孔内，并在降温过程中直接转化为液滴，即在聚四氟乙烯膜的比表面形成三氯甲基硅烷液膜，且乙醚依然保持蒸汽状态；
a5，将a4中的膨化聚四氟乙烯膜放置在反应釜内静置20－40min，升温处理20－50min，然后辐射处理2－6min，得到改性聚四氟乙烯涂层，所述反应釜的氛围为含水蒸气的氛围，所述氛围由氮气和水蒸气组成，且氮气与水蒸气的体积比为20：1－2，静置温度为50－60℃；所述升温处理的温度为200－230℃，该步骤利用水蒸气在静置过程中与三氯甲基硅烷形成水解反应，并在表面形成三羟基甲基硅烷，此时的温度条件下促使三羟基甲基硅烷会形成失水缩聚反应，形成硅氧体系结构，并且该硅氧体系甚至聚四氟乙烯微孔结构内，辐射处理能够利用硅氧结构的的反射特性与渗透特性将辐射作用至聚四氟乙烯比表面，促使硅氧结构内部的残留羟基与辐射后的聚四氟乙烯分子形成反应，提升硅氧体系与聚四氟乙烯材料的结合，从而达到提升聚四氟乙烯材料的性能。
所述高强度聚四氟乙烯复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚四氟乙烯板表面依次进行粗砂、细砂的磨砂处理，形成表面凹凸的聚四氟乙烯板；
步骤2，在表面凹凸的聚四氟乙烯板表面喷雾形成液膜，然后将改性聚四氟乙烯涂层贴合在聚四氟乙烯板表面，恒温静置20－30min，得到预制复合板材；所述喷雾采用无水乙醚，喷雾量是2－5mL/min；所述恒温静置的温度为50－60℃；
步骤3，将预制复合板材恒温挤压处理2－4h，冷却后得到高强度聚四氟乙烯复合板材，所述恒温挤压的温度为270－300℃，压力为0.4－0.7Mpa，该过程中利用温度将表面凹凸的聚四氟乙烯板形成表面软化，并在挤压过程中对涂层形成渗透，即表面的凹凸结构与膨化聚四氟乙烯涂层的微孔形成相互渗透性交错，且聚四氟乙烯作为同质材料，能够起到良好的连接性，确保复合板材形成一体化。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有聚四氟乙烯板材机械性差的问题，利用三氯甲基硅烷形成硅氧体系与膨化聚四氟乙烯形成渗透性结构，达到改善机械性能的效果。
2.本发明利用改性聚四氟乙烯膜作为聚四氟乙烯板的表面涂层，充分利用聚四氟乙烯的同质特性，达到紧密一体化结构。
3.本发明利用聚四氟乙烯板的表面磨砂处理，实现表面的凹凸结构，配合膨化聚四氟乙烯涂层的微孔结构，形成渗透性的交错，达到提升涂层与聚四氟乙烯板强度的目的。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种高强度聚四氟乙烯复合板材，以聚四氟乙烯板为基板，以改性聚四氟乙烯薄膜为涂层，所述涂层以聚四氟乙烯为原材料，以硅氧材料为掺杂材料。
所述改性聚四氟乙烯的涂层通过将纳米聚四氟乙烯延压形成膨胀聚四氟乙烯，并通过三氯甲基硅烷蒸汽掺杂改性，得到硅氧改性聚四氟乙烯复合板材，且该涂层制备方法，包括如下步骤：a1，将纳米聚四氟乙烯加入至乙醇中搅拌形成均一溶液，然后静置蒸发形成浆料，所述纳米聚四氟乙烯在乙醇中的浓度为100g/L，搅拌的速度为1000r/min，静置蒸发的温度为80℃；a2，将浆料放置在压延机上恒温静置1h后压延形成基膜，所述恒温静置的温度为80℃，所述压延的温度为80℃，所述延压后的基膜厚度为200μm；a3，将基膜拉伸并烧结固化得到膨化聚四氟乙烯膜；所述拉伸依次包括纵向拉伸、双向拉伸和横向拉伸，其中，纵向拉伸倍数为2倍，温度为250℃，所述双向拉伸的倍数为2倍，温度为220℃，所述横向拉伸的温度为160℃；所述烧结在横向拉伸结束后进行，且烧结温度为300℃，烧结时间为30s，烧结后得到厚度为10μm，孔径为0.2μm的聚四氟乙烯基微孔膜；a4，将三氯甲基硅烷加入至无水乙醚中搅拌均匀，形成溶解液；然后将膨化聚四氟乙烯膜放置在干燥的反应釜内，恒温通入溶解液并静置20min，降温得到镀膜的膨化聚四氟乙烯膜；所述三氯甲基硅烷在无水乙醚中的浓度为300g/L，所述恒温通入的温度为70℃，通入速度为20mL/min，所述静置的温度为70℃，所述降温后的温度为40℃；a5，将a4中的膨化聚四氟乙烯膜放置在反应釜内静置20min，升温处理20min，然后辐射处理2min，得到改性聚四氟乙烯涂层，所述反应釜的氛围为含水蒸气的氛围，所述氛围由氮气和水蒸气组成，且氮气与水蒸气的体积比为20：1，静置温度为50℃；所述升温处理的温度为200℃。
所述高强度聚四氟乙烯复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚四氟乙烯板表面依次进行粗砂、细砂的磨砂处理，形成表面凹凸的聚四氟乙烯板；
步骤2，在表面凹凸的聚四氟乙烯板表面喷雾形成液膜，然后将改性聚四氟乙烯涂层贴合在聚四氟乙烯板表面，恒温静置20min，得到预制复合板材；所述喷雾采用无水乙醚，喷雾量是2mL/min；所述恒温静置的温度为50℃；
步骤3，将预制复合板材恒温挤压处理2h，冷却后得到高强度聚四氟乙烯复合板材，所述恒温挤压的温度为270℃，压力为0.4MPa。
实施例2
一种高强度聚四氟乙烯复合板材，以聚四氟乙烯板为基板，以改性聚四氟乙烯薄膜为涂层，所述涂层以聚四氟乙烯为原材料，以硅氧材料为掺杂材料。
所述改性聚四氟乙烯的涂层通过将纳米聚四氟乙烯延压形成膨胀聚四氟乙烯，并通过三氯甲基硅烷蒸汽掺杂改性，得到硅氧改性聚四氟乙烯复合板材，且该涂层制备方法，包括如下步骤：a1，将纳米聚四氟乙烯加入至乙醇中搅拌形成均一溶液，然后静置蒸发形成浆料，所述纳米聚四氟乙烯在乙醇中的浓度为200g/L，搅拌的速度为2000r/min，静置蒸发的温度为90℃；a2，将浆料放置在压延机上恒温静置2h后压延形成基膜，所述恒温静置的温度为80－90℃，所述压延的温度为100℃，所述延压后的基膜厚度为500μm；a3，将基膜拉伸并烧结固化得到膨化聚四氟乙烯膜；所述拉伸依次包括纵向拉伸、双向拉伸和横向拉伸，其中，纵向拉伸倍数为4倍，温度为260℃，所述双向拉伸的倍数为4倍，温度为240℃，所述横向拉伸的温度为180℃；所述烧结在横向拉伸结束后进行，且烧结温度为320℃，烧结时间为60s，烧结后得到厚度为50μm，孔径为1.4μm的聚四氟乙烯基微孔膜；a4，将三氯甲基硅烷加入至无水乙醚中搅拌均匀，形成溶解液；然后将膨化聚四氟乙烯膜放置在干燥的反应釜内，恒温通入溶解液并静置30min，降温得到镀膜的膨化聚四氟乙烯膜；所述三氯甲基硅烷在无水乙醚中的浓度为600g/L，所述恒温通入的温度为80℃，通入速度为50mL/min，所述静置的温度为80℃，所述降温后的温度为60℃；a5，将a4中的膨化聚四氟乙烯膜放置在反应釜内静置40min，升温处理50min，然后辐射处理6min，得到改性聚四氟乙烯涂层，所述反应釜的氛围为含水蒸气的氛围，所述氛围由氮气和水蒸气组成，且氮气与水蒸气的体积比为20：2，静置温度为60℃；所述升温处理的温度为230℃。
所述高强度聚四氟乙烯复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚四氟乙烯板表面依次进行粗砂、细砂的磨砂处理，形成表面凹凸的聚四氟乙烯板；
步骤2，在表面凹凸的聚四氟乙烯板表面喷雾形成液膜，然后将改性聚四氟乙烯涂层贴合在聚四氟乙烯板表面，恒温静置30min，得到预制复合板材；所述喷雾采用无水乙醚，喷雾量是5mL/min；所述恒温静置的温度为60℃；
步骤3，将预制复合板材恒温挤压处理4h，冷却后得到高强度聚四氟乙烯复合板材，所述恒温挤压的温度为300℃，压力为0.7MPa。
实施例3
一种高强度聚四氟乙烯复合板材，以聚四氟乙烯板为基板，以改性聚四氟乙烯薄膜为涂层，所述涂层以聚四氟乙烯为原材料，以硅氧材料为掺杂材料。
所述改性聚四氟乙烯的涂层通过将纳米聚四氟乙烯延压形成膨胀聚四氟乙烯，并通过三氯甲基硅烷蒸汽掺杂改性，得到硅氧改性聚四氟乙烯复合板材，且该涂层制备方法，包括如下步骤：a1，将纳米聚四氟乙烯加入至乙醇中搅拌形成均一溶液，然后静置蒸发形成浆料，所述纳米聚四氟乙烯在乙醇中的浓度为150g/L，搅拌的速度为1500r/min，静置蒸发的温度为85℃；a2，将浆料放置在压延机上恒温静置2h后压延形成基膜，所述恒温静置的温度为85℃，所述压延的温度为90℃，所述延压后的基膜厚度为400μm；a3，将基膜拉伸并烧结固化得到膨化聚四氟乙烯膜；所述拉伸依次包括纵向拉伸、双向拉伸和横向拉伸，其中，纵向拉伸倍数为3倍，温度为255℃，所述双向拉伸的倍数为3倍，温度为230℃，所述横向拉伸的温度为170℃；所述烧结在横向拉伸结束后进行，且烧结温度为310℃，烧结时间为50s，烧结后得到厚度为40μm，孔径为0.8μm的聚四氟乙烯基微孔膜；a4，将三氯甲基硅烷加入至无水乙醚中搅拌均匀，形成溶解液；然后将膨化聚四氟乙烯膜放置在干燥的反应釜内，恒温通入溶解液并静置25min，降温得到镀膜的膨化聚四氟乙烯膜；所述三氯甲基硅烷在无水乙醚中的浓度为500g/L，所述恒温通入的温度为75℃，通入速度为40mL/min，所述静置的温度为75℃，所述降温后的温度为50℃；a5，将a4中的膨化聚四氟乙烯膜放置在反应釜内静置30min，升温处理40min，然后辐射处理5min，得到改性聚四氟乙烯涂层，所述反应釜的氛围为含水蒸气的氛围，所述氛围由氮气和水蒸气组成，且氮气与水蒸气的体积比为20：1，静置温度为55℃；所述升温处理的温度为220℃。
所述高强度聚四氟乙烯复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚四氟乙烯板表面依次进行粗砂、细砂的磨砂处理，形成表面凹凸的聚四氟乙烯板；
步骤2，在表面凹凸的聚四氟乙烯板表面喷雾形成液膜，然后将改性聚四氟乙烯涂层贴合在聚四氟乙烯板表面，恒温静置25min，得到预制复合板材；所述喷雾采用无水乙醚，喷雾量是4mL/min；所述恒温静置的温度为55℃；
步骤3，将预制复合板材恒温挤压处理3h，冷却后得到高强度聚四氟乙烯复合板材，所述恒温挤压的温度为280℃，压力为0.6MPa。
以纯聚四氟乙烯板为对比例，以实施例1－3为测试例，可以看出机械性能得到提高，如下表：
| 拉伸强度/MPa | 拉弯强度/MPa | 抗压强度/MPa | 冲击韧性/MPa | |
| 实施例1 | 18.63 | 21.45 | 29.61 | 25.27 |
| 实施例2 | 19.25 | 20.89 | 30.19 | 26.15 |
| 实施例3 | 18.74 | 21.04 | 29.73 | 25.71 |
| 对比例 | 14.18 | 19.34 | 27.31 | 22.68 |
与此同时，通过检测表明实施例1－3的摩擦系数与对比例几乎一致。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：以聚四氟乙烯板为基板，以改性聚四氟乙烯薄膜为涂层。
2.根据权利要求1所述的高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：所述涂层以聚四氟乙烯为原材料，以硅氧材料为掺杂材料。
3.根据权利要求：2所述的高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：所述涂层以三氯甲基硅烷为掺杂剂。
4.根据权利要求3所述的高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：所述改性聚四氟乙烯涂层通过将纳米聚四氟乙烯延压形成膨胀聚四氟乙烯，并通过三氯甲基硅烷蒸汽掺杂改性，得到硅氧改性聚四氟乙烯复合板材。
5.根据权利要求1所述的高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：所述高强度聚四氟乙烯复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚四氟乙烯板表面依次进行粗砂、细砂的磨砂处理，形成表面凹凸的聚四氟乙烯板；
步骤2，在表面凹凸的聚四氟乙烯板表面喷雾形成液膜，然后将改性聚四氟乙烯涂层贴合在聚四氟乙烯板表面，恒温静置20－30min，得到预制复合板材；
步骤3，将预制复合板材恒温挤压处理2－4h，冷却后得到高强度聚四氟乙烯复合板材。
6.根据权利要求5所述的高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：所述步骤2中的喷雾采用无水乙醚，喷雾量是2－5mL/min；所述恒温静置的温度为50－60℃。
7.根据权利要求5所述的高强度聚四氟乙烯复合板材，其特征在于：所述步骤3中的恒温挤压的温度为270－300℃，压力为0.4－0.7MPa。
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