[发明专利]一种复合型聚四氟乙烯导电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合型聚四氟乙烯导电材料的生产技术领域。

背景技术

聚四氟乙烯（PTFE）因为具有优异的物理化学性质，使其在化学、电子、生物工程、食品行业及其他一些相关领域应用广泛。然而，PTFE同时具有绝缘性限制了其在许多需要导电场合下的应用。因此，目前国内外许多有关提升聚四氟乙烯导电性的研究集中在PTFE的填充导电研究上。通过导电填料的填充改变PTFE的导电行为、调节填料与基体之间界面粘接性能，可以获得高性能的聚四氟乙烯导电复合材料。

目前常用的聚四氟乙烯的导电填料主要为炭黑，碳纳米管，碳纤维，石墨，石墨烯，铜粉，银粉等。使用传统的导电填料如碳纤（CF）和石墨等制备的导电复合材料，具有价格便宜，原料来源广泛等优点。但是使用石墨等传统导电填料的缺点就是导电填料的填充量大，严重影响材料的加工成型及力学性能。碳纳米管（CNT）填充PTFE可以提高复合材料的导电性，但是CNT价格昂贵。用金属粉末作为填料, 在与高分子基体共混时,可以较好地均匀混合。但金属粉末在高温加工过程中易被氧化，降低电导率。而且银粉价格昂贵，铜粉，银粉的加入还会造成重金属污染等。因此，寻找一种既能保持PTFE一定的力学性质，又能赋予PTFE优异的力学、耐磨及导电性能的填充改性方法具有非常迫切的需求。

石墨烯有许多独特的理化性质，石墨烯是一种没有能隙的物质，显示金属性；单层的石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的电子，因此具有非常好的导电性；石墨烯中的空穴和电子相互分离，导致了新的电子传导现象的产生，例如不规则的量子霍尔效应；石墨烯还具有良好的力学性能，光学性能，热学性能，但是石墨烯在实际应用中容易发生团聚，团聚会影响它性能的发挥。石墨通过插层和剥离或氧化-还原法得到由数层到数十层石墨烯组成的石墨烯微片（GNPs），其厚度为0.35～100nm，介于石墨烯与普通石墨之间，仍为纳米材料，具有优异的导热性能，价格相对低廉，有非常现实的应用价值。

发明内容

本发明针对上述缺陷提出一种既能保持PTFE一定的力学性质，又能赋予PTFE优异的力学、耐磨及导电性能的复合型聚四氟乙烯导电材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将聚四氟乙烯和改性石墨烯微片高速混合，形成均匀的混合粉料；所述改性石墨烯微片是纺锤形碳酸钙插层改性的石墨烯微片；

2）将混合粉料置于模具内，在30～50 MPa的压力下冷压成型，并保压2～5分钟，脱膜，取得样品；

3）将样品置于马弗炉中，以150～200℃/小时的升温速率，将温度升至370～380℃，保温锻烧2小时，然后随炉冷却至室温，取得复合型聚四氟乙烯导电材料。

本发明通过石墨烯微片的填充改善PTFE的结晶行为，通过调控石墨烯微片与PTFE的界面粘结力而实现保持PTFE一定的力学性能的同时，赋予PTFE优异的耐磨性能以及导电性能，通过冷压烧结法制备复合型聚四氟乙烯导电材料，得到的复合型聚四氟乙烯导电材料具有综合的力学、耐磨以及导电性能，在防静电、导电刷以及电极材料等领域具有广阔的应用潜力。

本发明的关键技术及有益效果：

1、石墨烯微片具有优异的导电作用，利用纺锤形碳酸钙在聚合物基体的易分散性，使用纺锤形碳酸钙插层改性石墨烯微片（扬州市维纳复合材料科技有限公司销售），以避免石墨烯微片的聚集，同时促进石墨烯微片在PTFE基体中均匀分散，当达到一定的填充浓度时，形成石墨烯导电网络，因此，复合材料的电导率可以通过石墨烯微片的尺寸及填充浓度来调节；填充未达到导电逾渗值时，石墨烯微片对PTFE起到力学增强作用；

2、利用石墨烯微片良好的润滑及导热作用，以及可以吸收摩擦时产生的能量，从而达到较好的减摩与导热作用。

进一步地，本发明所述步骤1）中，聚四氟乙烯占混合粉料总质量的5～90%，改性石墨烯微片占混合粉料总质量的10～95%。加入以上用量的石墨烯微片之后，既可以保持PTFE复合材料具有一定的力学性能，又能达到导电性的要求。

所述聚四氟乙烯粒径为20～100μm。该尺寸粉料易与改性粉料均匀分散。

所述改性的石墨烯微片的厚度为15～20nm。该尺寸的石墨烯微片价格低廉，同时能够发挥其片层纳米效应。

附图说明

图1为石墨烯微片插层改性纺锤形碳酸钙SEM形貌特征图。

图2为采用本发明方法制成的复合型聚四氟乙烯导电材料的照片。

图3为复合材料的断面SEM形貌图。

具体实施方式