[发明专利]碳纳米管-碳纳米棒-PTFE微纳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管‑碳纳米棒‑PTFE微纳复合材料及其制备方法，所述复合材料由碳纳米管和碳纳米棒的粉状混合物与聚四氟乙烯粉体经粉碎制得微纳复合粉体后通过双螺杆挤压成型造粒得到，所得复合材料拉伸强度增加了30‑40％，弯曲强度增加了5‑10％，摩擦系数降低5‑10%，磨损率降低90‑98%。碳纳米管‑碳纳米棒两种性质的碳纳米材料能够实现协同效应，相互弥补给子的缺点，实现聚合物性能全面提升；从填充的效果来，填充后的性能提升较为显著；复合材料的机械性能和耐磨性能都得到明显提升。

技术领域

本发明属于高分子领域，特别涉及一种碳纳米管-碳纳米棒-PTFE微纳复合材料及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯（PTFE）是一种由四氟乙烯单体经聚合而成的高结晶聚合物，有着“塑料王”的美名，是一种不可或缺的工程塑料。PTFE具有优异的、特殊的物理化学性质，在化工领域及其他一些相关行业应用相当广泛，是目前产量最大的氟树脂。但是，由于PTFE的一些固有缺陷，耐磨损差、硬度低、耐蠕变性差使它的应用受到一定限制。

为了提高PTFE的综合性能，弥补PTFE的自身缺陷人们致力于PTFE的改性研究。目前PTFE 常用改性方法可以分为表面改性、填充改性、共混改性、化学改性、结构改性等几大类:（1）表面改性, PTFE 分子链的结构对称性使它呈现电中性， 分子无极性，成为表面张力极低的材料。PTFE 的表面改性一方面主要是通过各种预处理的方法使其表面去氟之后接枝一些极性基团或聚合物， 以提高其粘接性；另一方面，核/壳型结构使PTFE 表面包裹一层表面能相对较高的聚合物，致使PTFE 与其他材料的粘接能力增强; (2) 填充改性:填充改性是通过在PTFE 树脂中填充无机类、金属类、有机高聚物类填料以改善和克服纯PTFE 的缺陷， 在保持原有优点的基础上， 利用复合效应改善PTFE 的耐压性、耐磨性和冷流性;(3) 共混改性: 共混改性主要是利用PTFE 的优异特点对一些树脂进行合金化处理，使通用工程塑料功能化，从而拓宽工程塑料的应用范围;(4) 化学改性: 由于PTFE 具有高结晶度（92%～98%）、超高分子量，导致材料具有极高的熔融黏度，难于熔融加工。化学改性原理是在聚合物线性分子链上引入体积较为庞大的侧基，可减小分子量、降低熔融粘度和减少结晶度， 同时仍可保持PTFE 传统的优异性能。常用的化学改性方法包括共聚、交联、嵌段、接枝等;(5) 结构改性: 结构改性技术主要是通过成型工艺上的变化， 在材料组成没有变化的情况下使PTFE 具有与传统PTFE 不同的微观结构， 从而使其表现出与传统PTFE 有较大差异的宏观性能，使其物理机械性能得到提升，而其耐介质性能不受任何影响。

上述改性方法中，填充改性是最具有产业化代表性，比其他方法更具有可操作性和实用性。而其他改性方法具有操作复杂，成本高，环境污染，难以工业化等缺陷。在诸多的填充材料中，碳纳米管在增强聚合物方面具有明显的优势。碳纳米管填充聚四氟乙烯（CNT/ PTFE）复合材料的结果表明，碳纳米管显著增强PTFE复合材料的耐磨损性能和大幅度降低其摩擦系数[J.R. Vail,et al.Multifunctionality of single-walled carbonnanotube-polytetrafluoroethylene，nanocomposites,Wear 267 (2009) 619-624]。然而，传统的碳纳米管制造成本比较高，用于填充聚合物，尽管性能增强上得到提升，但会导致聚合物复合材料的成本大幅度增加，不利于市场化推广和应用。

发明内容

本发明旨在提供一种碳纳米管-碳纳米棒-PTFE微纳复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种碳纳米管-碳纳米棒-PTFE微纳复合材料，由碳纳米管和碳纳米棒的粉状混合物与PTFE粉体经高速粉碎制得微纳复合粉体后通过双螺杆挤压成型造粒得到。

进一步的，碳纳米管-碳纳米棒粉状混合物占所述复合材料总重量的0.5-2%。