[发明专利]聚四氟乙烯单聚合物复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚四氟乙烯单聚合物复合材料，属于复合材料技术领域。

背景技术

聚四氟乙烯商品名称特氟隆，是以四氟乙烯为单体聚合而成的高结晶聚合物。密度为2.2g/cm³，吸水率小于0.01％。聚四氟乙烯材料在高于熔点的温度下，不发生熔融。聚四氟乙烯分子具有螺旋构象，以碳原子为骨架，周围被氟原子覆盖。由于C-F键的键能很大，而且分子结构又完全对称，这使其具有极好的耐热、耐寒性。聚四氟乙烯具有极好的耐化学腐蚀性，不溶解或溶胀于任何已知溶剂中，即使在高温下王水对其也不能起作用。优异的电绝缘性，突出的不粘性，几乎所有粘性物质都不能粘附在其表面。低渗透性、耐高压和抗高低温性能，无毒、无污染。独特的自润滑性及低摩擦系数等一系列优异的综合性能。它被称为“塑料王”，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。虽然聚四氟乙烯性能优异，但由于其表面能低，润湿性能差，不能很好地被粘接，与其他物质相容性不好，从而限制了其在一些特殊领域中的应用。如用作密封材料时存在抗蠕变性差、易冷流、回弹性差、承载能力低、线膨胀系数大、在高温(260℃)下易软化等明显缺点，因此在这种情况下工业上一般采用其他材料与其复合，以增强其力学性能，然而复合了其他材料的聚四氟乙烯，在使用后不易回收再利用，造成浪费。

发明内容

本发明的目的是针对聚四氟乙烯材料本身强度低，聚四氟乙烯复合材料界面不牢固，多相不易回收再利用等问题，提出一种聚四氟乙烯单聚合物复合材料。本发明是以不同形态的聚四氟乙烯材料为基体和增强相而制备出的单聚合物复合材料，既能增强聚四氟乙烯材料的强度，又可获得具有良好化学键结合的界面。

本发明根据聚四氟乙烯材料在高于熔点的温度下，不发生熔融的特点，采取先将聚四氟乙烯基体和纤维相在常温下模压成型，再烧结的工艺方法，制备出聚四氟乙烯单聚合物复合材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明聚四氟乙烯单聚合物复合材料，将基体和增强相采用冷模压烧结的方法制备而成；

其中所述基体的材料为聚四氟乙烯，状态可以是粉料、薄膜和片材，增强相材料为聚四氟乙烯纤维；

基体和增强相的质量分别占聚四氟乙烯单聚合物复合材料总质量的百分比为：

基体的材料质量百分比为80％～95％；

增强相的质量百分比为5％～20％。

有益效果

本发明由于在复合材料中添加了纤维作为增强相，使得材料的力学性能优于纯的聚四氟乙烯材料。由于本发明的基体和增强相为同种材料，在制备过程中基体和增强相间产生了牢固的界面结合，与四氟乙烯与其他材料复合后的材料相比，更容易形成良好的界面粘合，易回收再利用。

附图说明

图1聚四氟乙烯单聚合物复合材料中纤维与基体的界面处的电子扫描显微镜照片(10⁴倍)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

下面以一次模压烧结制备聚四氟乙烯单聚合物复合材料的过程为实例进行说明。

将1g平均粒径为25μm的聚四氟乙烯粉末与19g直径为30μm，长度为10mm的聚四氟乙烯纤维放入FW100型高速万能粉碎机，24000r/min下混合1分钟。常温下将混合好的聚四氟乙烯粉末和纤维混料添加到模具中，压力为15MPa下模压30分钟，脱模。将模压成型的聚四氟乙烯粉末和纤维混料在380℃的高温下烧结60分钟，随炉冷却，得到聚四氟乙烯单聚合物复合材料。

按照GB1040-2006和GB8812-2007的方法测试PTFE单聚合物复合材料的拉伸和弯曲性能，拉伸强度、模量和弯曲强度模量分别为18.90，342.44，16.52，280.77MPa，均高于相同条件下制备的纯PTFE材料拉伸强度、模量和弯曲强度模量(分别为15.56，349.75，13.65，217.90MPa)。

对制备出的聚四氟乙烯单聚合物复合材料进行测试分析。如图1所示，通过扫描电子显微镜观测到在聚四氟乙烯单聚合物复合材料中基体较好的包覆在纤维表面，形成了较好的界面结构，复合材料的界面性能良好。

实施例2

为保证复合均匀，首先将10g直径为40μm的聚四氟乙烯纤维编制成布，再将其与40g厚度为1mm的聚四氟乙烯膜片层叠摆放后，在压力为15MPa下模压60分钟。将模压成型的聚四氟乙烯膜片和和纤维布混料在380℃的高温下烧结60分钟，随炉冷却，得到层压工艺制备聚四氟乙烯单聚合物复合材料。层压工艺制备的聚四氟乙烯单聚合物复合材料的拉伸强度可达到20MPa。