[发明专利]一种耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料及其制备方法，更具体地，涉及一种通过纳米无机粒子提高聚四氟乙烯（PTFE）薄膜的耐蠕变性能及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯（PTFE）是一种综合性能优良的工程塑料。其优异的化学稳定性、耐高低温性能等使其应用范围不断扩大，从最初的航空航天和军工等国防领域扩展到石油化工、机械、电子电器、建筑和纺织等国民经济的各个领域。但是PTFE线性膨胀系数大，机械性能差，特别耐蠕变性差，具有所谓的“冷流性”，大大限制了其的进一步广泛应用。对PTFE进行填充改性，进一步提高PTFE的耐蠕变性和机械性能成为近年来的研究热点。

  纳米无机粒子（尺寸介于1～100nm）因具有小尺寸效应、大的比表面积以及强的界面相互作用，可以在很低填充量下显著提高聚合物的力学性能。因此近年来纳米无机粒子填充聚合物复合材料的研究日益引起人们的关注。然而，正是由于具有较高的表面活性，纳米粒子自身十分容易聚集和团聚，采用常规的共混方法难以得到具有纳米结构复合材料，需要对纳米无机粒子进行表面处理，以此来改善纳米粒子在聚合物中的分布状况及其与聚合物间的相容性。目前比较有效的方法是对纳米无机粒子进行表面化学接枝改性。 

  接枝改性是指通过各种手段在纳米无机粒子表面引发接枝聚合反应，将聚合物通过化学键联接到纳米无机粒子表面。接枝过程有利于撑开纳米粒子的团聚体，促进纳米粒子的分散，同时接枝聚合物分子链和基体聚合物分子链间的缠结，也增加了粒子与基体间的界面作用；另一方面，利用接枝改性可以通过分子设计和界面设计将适当的接枝聚合物引入纳米粒子表面，改变纳米粒子的表面性能，从而赋予纳米粒子一些新的功能。

  但是由于PTFE制品独特的成型方法和苛刻的烧结温度，使得在纳米粒子表面接枝传统的聚合物难以满足PTFE较高的加工温度，因此必须在其表面接枝耐高温型聚合物，这是关键技术之一。将接枝改性后的纳米粒子填充到PTFE基体中，并通过PTFE特殊的成型工艺，制备PTFE复合材料薄膜，提高PTFE复合薄膜的耐蠕变性能和机械性能。

发明内容

本发明的目的在于针对PTFE耐蠕变性能差、而现有纳米粒子改性方法存在不足，提供一种将耐高温型聚合物接枝到纳米粒子表面，并进一步制备耐蠕变性PTFE薄膜的方法。

    为实现以上目的，提供一种耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料，其特征在于，按重量比计，含有，

     聚四氟乙烯基体                    95%~99%

     环氧树脂接枝改性的纳米无机粒子    1%~5%。

    所述的环氧树脂接枝改性的纳米无机粒子的制备包括以下步骤，

S1. 将纳米无机粒子，硅烷偶联剂加入溶剂中，惰性气体下加热回流反应制得表面带有氨基基团的硅烷偶联剂改性纳米无机粒子；

S2. 将硅烷偶联剂改性纳米无机粒子加入溶剂中，在惰性气体下加入环氧树脂，在100℃下加热反应8h，制得环氧树脂接枝改性的纳米无机粒子。

所述的惰性气体优选为氮气。

    所述的步骤S1纳米无机粒子为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钙、纳米氧化锌或纳米硫酸钡。

    所述的纳米无机粒子粒径为7～50nm，比表面积为150～640m²/g。

    所述的纳米无机粒子使用前需要真空干燥。

    所述步骤S2的溶剂为无水乙醇、丁酮、正己烷或甲苯，溶剂的重量为纳米无机粒子的30～40倍。

    另外提供一种耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括高速混和、冷压成型、高温烧结、车削成膜和压延定向5个步骤。

    所述的高速混和的转速为1400r/min；所述的冷压成型的压力为30-60MPa；所述的车削成膜的速率为5-20r/min；所述压延定向工艺的温度为180℃，转速为10-30r/min。

所述的烧结包括以下步骤：以30℃/h升至380℃，并在150℃，250℃，337℃各保温1h，在380℃保温8h，之后以-25℃/h降温至300℃，并在320℃和310℃各保温2h；再以-30℃/h降至250℃，并在280℃和250℃各保温1h，最后断电并自然冷却至室温。

    为了更好地理解本发明，以下对本发明方案结合反应式作进一步的阐释，所列的反应式仅为理论推导所得，其不能作为本发明保护范围的限制。