[发明专利]聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及密封材料技术领域，特别是涉及一种聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法和应用。所述聚四氟乙烯改性填料，包括聚多巴胺、还原石墨烯纳米片和有机纤维，所述填料具有三维网络骨架结构，以有机纤维为骨架，所述还原石墨烯纳米片以物理吸附的方式附着在所述有机纤维表面，所述聚多巴胺以化学键合的方式与所述还原石墨烯纳米片结合；其中，所述有机纤维为聚酰亚胺或聚醚醚酮，且为短切纤维。

技术领域

本发明涉及密封材料技术领域，特别是涉及一种聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法和应用。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)作为一种特种工程塑料在诸多领域应用广泛，其具有良好的抗酸碱、抗溶剂、耐高低温、耐气候的特点，最重要的是，相比于其他材料，PTFE的摩擦系数低，是一种性能优异的自润滑材料，可以用作良好的密封材料。但PTFE耐磨性差，易损耗、服役寿命短，这大大制约了其更加广泛的应用。目前在科学界和工程界对于PTFE的摩擦学改性方式主要有三种：填充改性、共混改性、表面改性，其中最为常用的方式为填充改性，改性成本低、技术也相对成熟。经过对PTFE的填充改性，其摩擦学性能可以得到一定提升。

现有的填充改性填料分为两大类，(1)传统填料：青铜粉、碳纤维、玻璃纤维、石墨等，存在着改性效果顾此失彼的问题，摩擦系数与磨损率不能同时降低，往往是以损失一方面的性能为代价来提升另一方面的性能，填充改性之后PTFE的力学性能普遍会下降。而且填料与PTFE基体之间的界面普遍较差，影响力学性能；(2)新型纳米填料：石墨烯、纳米Al₂O₃、纳米SiO₂等，纳米填料普遍存在分散不均、容易团聚的问题，且分散工艺普遍为简单的机械混合使得纳米填料的优势不能充分发挥，填料与基体的界面问题仍未得到有效解决，改性效果与传统填料相比没有绝对优势。

因此，如何进一步提升聚四氟乙烯的摩擦学性能是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要提供能够同时大幅度减小材料摩擦系数和降低磨损率，且保持材料优异的力学性能的聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯复合材料及制备方法和应用。

本发明的一个方面，提供了一种聚四氟乙烯改性填料，包括聚多巴胺、还原石墨烯纳米片和有机纤维，所述填料具有三维网络骨架结构，以有机纤维为骨架，所述还原石墨烯纳米片以物理吸附的方式附着在所述有机纤维表面，至少一部分所述聚多巴胺以化学键合的方式与所述还原石墨烯纳米片结合，另一部分所述聚多巴胺以范德华力附着在有机纤维表面。

在其中一个实施例中，所述有机纤维的长度为1mm～3mm。

在其中一个实施例中，所述还原石墨烯纳米片的片径为1μm～50μm。

在其中一个实施例中，所述聚四氟乙烯改性填料的制备方法包括以下步骤：

提供有机纤维和氧化石墨烯纳米片溶液；

将所述有机纤维浸渍在所述氧化石墨烯纳米片溶液中，得到混合浸渍液；

向所述混合浸渍液中加入盐酸多巴胺和Tris-HCl缓冲溶液，加热反应。

在其中一个实施例中，氧化石墨烯纳米片和有机纤维的质量比为1：(3～5)。

在其中一个实施例中，氧化石墨烯纳米片和盐酸多巴胺的质量比为1：(4～5)。

在其中一个实施例中，所述加热反应在pH为8.5～9，温度为50℃～60℃条件下反应。

本发明又一方面，还提供一种改性聚四氟乙烯复合材料，由混合粉体进行压制和烧结制备而成，所述混合粉体包括聚四氟乙烯和改性填料，所述改性填料为所述的聚四氟乙烯改性填料。

本发明再一方面，提供一种改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：