一种聚四氟乙烯/石墨烯导线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚四氟乙烯/石墨烯导线，其从内到外依次设有导线芯层、石墨烯层和绝缘外层，所述导线芯层由石墨烯和聚四氟乙烯材料挤出成型，石墨烯层由石墨烯材料涂覆成型，绝缘外层由绝缘材料包裹成型；本发明专利技术还涉及聚四氟乙烯/石墨烯导线制备方法，其包括以下步骤：原料混合、加热熔融、挤出成型、清洗烘干、表面处理、浸渍涂覆和包裹外层。本发明专利技术聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，设计合理，制程简单，操作简便，品质好，集合了石墨烯和聚四氟乙烯材料各自的优点，使得制得的聚四氟乙烯/石墨烯导线具有很好的层间结合性能、耐磨性、耐玷污性、柔韧性和阻燃性，具有优异的导电、导热性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种聚四氟乙烯/石墨烯导线及其制备方法
本专利技术涉及一种导线
，尤其是涉及一种聚四氟乙烯/石墨烯导线及其制备方法。
技术介绍
石墨烯，作为目前发现的最轻薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，被称为“黑金”，是“新材料之王”。石墨烯的电子迁移率可达到2×105cm2/V·s，约为硅中电子迁移率的140倍，砷化镓的20倍，温度稳定性高，电导率可达108Ω/m，面电阻约为31Ω/sq，比铜或银更低，是室温下导电最好的材料；石墨烯的比表面积大，约2630m2/g，室温下的热导率达5000W·m-1·K-1，是硅的36倍，是砷化镓的20倍，是室温下铜的10倍多；石墨烯具有极高的强度与柔韧性，是室温下最好的导电导热性材料。聚四氟乙烯（简称PTFE）被称“塑料王”，一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料”，是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。与其他塑料相比，聚四氟乙烯具有突出的不粘性、抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、耐高温、摩擦系数极低等特点，被广泛地应用作为密封材料、填充材料、润滑材料，亦成为了易清洁水管内层的理想涂料，但是，聚四氟乙烯几乎不溶于所有的溶剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种设计合理，结构简单，重量轻，成本低，具有优异的层间结合性、热热稳定性、拉伸强度、导电导热性能的聚四氟乙烯/石墨烯导线，同时提供一种设计合理，制程简单，操作简便且易确保导线品质的聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法。为实现上述第一个目的，本专利技术采用以下技术方案：一种聚四氟乙烯/石墨烯导线，其从内到外依次设有导线芯层、石墨烯层和绝缘外层，所述导线芯层由石墨烯和聚四氟乙烯材料挤出成型，石墨烯层由石墨烯材料涂覆成型，绝缘外层由绝缘材料包裹成型。所述导线芯层由多股导线芯绞合成型。作为优选，所述导线芯直径为0.5-5mm。本专利技术采用以上技术方案，所述导线芯层由石墨烯和聚四氟乙烯材料挤出成型，石墨烯层由石墨烯材料涂覆成型，该设计集合了石墨烯和聚四氟乙烯材料各自的优点，使得位于内层的导线芯层和位于中间层的石墨烯层均具有优异的导电性、柔韧性和机械强度，可以有效提高其导电、导热性能和使用寿命，而且导线芯层还具有良好的热稳定性、耐磨性、耐玷污性、柔韧性和阻燃性；所述绝缘外层由绝缘材料包裹成型，该外层设计不仅可以起到绝缘作用，提高安全性，而且可以防护位于其内的导线芯层和石墨烯层，从而提高导线的使用寿命。本专利技术的聚四氟乙烯/石墨烯导线设计合理，结构简单，重量轻，成本低，具有优异的层间结合性、热热稳定性、拉伸强度和导电导热性能，可替代传统的金属导线；在用作电缆线时，可以将多根聚四氟乙烯/石墨烯导线绞合成一股使用。为实现上述第二个目的，本专利技术采用以下技术方案：一种聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，其包括以下步骤：1）原料混合：将石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉混合均匀，得到混合粉料；2）加热熔融：将混合粉料中置于320-380℃温度下加热熔融，超声搅拌，得到熔融液；3）挤出成型：将熔融液倒入挤出机中挤出拉丝成型，得到导线芯一级半成品；4）清洗烘干：将导线芯一级半成品浸渍于去离子水中，清洗除去导线芯一级半成品表面的油渍，然后烘干，得到导线芯二级半成品；5）表面处理：对导线芯二级半成品进行表面处理，得到导线芯层；6）浸渍涂覆：将导线芯层浸渍于配制好的涂覆混合液中，搅拌，烘干，以在导线芯成品外表面浸渍涂覆一次性形成若干层石墨烯层，重复浸渍涂覆若干次，得到导线半成品；所述涂覆混合液由石墨烯与乙酸乙酯混合而成或者由石墨烯与丙酮混合而成；7）包裹外层：在导线半成品外表面采用挤塑机的挤塑工艺包裹一层绝缘外层，得到导线成品。步骤1）中所述石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉的质量比例为1-5:100，搅拌混合的时间为10-30分钟，转速为3000-4000转\分钟。步骤3）中所述挤出温度为200-260℃，挤出压力为80-500个大气压。步骤5）中所述的表面处理方法为：将导线芯二级半成品置于钠萘四氢呋喃溶液或者钠萘二醇二甲醚溶液中进行腐蚀，超声搅拌，烘干，以去除导线芯二级半成品表面的部分氟原子。步骤5）中所述的表面处理方法为：先将硼酸和γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中，加热搅拌混合均匀，得到表面处理剂，再将导线芯二级半成品置于表面处理剂中，超声搅拌，烘干，以对导线芯二级半成品表面进行改性处理。所述硼酸与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量浓度比例为1-3:10，加热搅拌温度为50-80℃，加热搅拌速度为2000-3000转\分钟。所述超声搅拌的时间为10-30分钟，频率为20-40KHz。步骤6）中所述涂覆混合液的浓度为0.2-1.5mg/mL，浸渍时间为10-30分钟，浸渍涂覆一次性形成1-5层石墨烯层。所述绝缘外层的绝缘材料为聚乙烯或者聚氯乙烯；所述导线芯层的直径为1-20mm。本专利技术采用以上技术方案，由于聚四氟乙烯是非极性高分子材料，其表面能低，表面张力低，化学稳定性好，其粘接在塑料中是最困难的，石墨烯难以在其表面形成较强的粘附力，导致导线层与层之间的结合性和粘接强度难以提高，因而本专利技术在制备导线芯层时，依次采用了原料混合、加热熔融和挤出成型的工艺将石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉有效结合成一体，制成导线芯一级半成品，并采用了清洗烘干和表面处理的工艺，对其表面的油渍和氟原子进行处理，使其能够在导线芯层外表面浸渍涂覆一次性形成若干层石墨烯层，并得到高强度的粘接效果，最后再采用挤塑机的挤塑工艺包裹一层绝缘外层，以起到绝缘作用，提高导线的安全性和使用寿命；此外，本专利技术石墨烯层的总层数和整体厚度可以根据实际使用要求进行调整，具体方法是通过配置不同浓度的涂覆混合液，以在导线芯成品外表面浸渍涂覆一次性形成不同层数的石墨烯层，并通过重复浸渍涂覆若干次来实现。本专利技术聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，设计合理，制程简单，操作简便，品质好，使得制得的聚四氟乙烯/石墨烯导线具有很好的层间结合性能、耐磨性、耐玷污性、柔韧性和阻燃性，具有优异的导电、导热性能和使用寿命。附图说明现结合附图对本专利技术作进一步阐述：图1为本专利技术聚四氟乙烯/石墨烯导线的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：如图1所示，本专利技术的聚四氟乙烯/石墨烯导线，其从内到外依次设有导线芯层1、石墨烯层2和绝缘外层3，所述导线芯层1由石墨烯和聚四氟乙烯材料挤出成型，石墨烯层2由石墨烯材料涂覆成型，绝缘外层3由绝缘材料包裹成型。所述导线芯层1由多股导线芯绞合成型。作为优选，所述导线芯直径为0.5-5mm。在用作电缆线时，可以将多根聚四氟乙烯/石墨烯导线绞合成一股使用。本专利技术聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，其包括以下步骤：1）原料混合：将石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉按照倒入高速混合机中，搅拌混合均匀，得到混合粉料；其中，所述石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉的质量比例为1-5:100，搅拌混合的时间为10-30分钟，转速为3000-4000转\分钟；2）加热熔融：将混合粉料中置于320-380℃温度下加热熔融，采用超声波振荡器进行超声搅拌，得到熔融液；其中，所述超声搅拌的时间为10-30分钟，频率为20-40KHz；3）挤出成型：将熔融液倒入挤出机中挤出拉丝成型，得到导线芯一级半成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚四氟乙烯/石墨烯导线，其特征在于：其从内到外依次设有导线芯层、石墨烯层和绝缘外层，所述导线芯层由石墨烯和聚四氟乙烯材料挤出成型，石墨烯层由石墨烯材料涂覆成型，绝缘外层由绝缘材料包裹成型。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯/石墨烯导线，其特征在于：其从内到外依次设有导线芯层、石墨烯层和绝缘外层，所述导线芯层由石墨烯和聚四氟乙烯材料挤出成型，石墨烯层由石墨烯材料涂覆成型，绝缘外层由绝缘材料包裹成型。2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）原料混合：将石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉混合均匀，得到混合粉料；2）加热熔融：将混合粉料中置于320-380℃温度下加热熔融，超声搅拌，得到熔融液；3）挤出成型：将熔融液倒入挤出机中挤出拉丝成型，得到导线芯一级半成品；4）清洗烘干：将导线芯一级半成品浸渍于去离子水中，清洗除去导线芯一级半成品表面的油渍，然后烘干，得到导线芯二级半成品；5）表面处理：对导线芯二级半成品进行表面处理，得到导线芯层；6）浸渍涂覆：将导线芯层浸渍于配制好的涂覆混合液中，搅拌，烘干，以在导线芯成品外表面浸渍涂覆一次性形成若干层石墨烯层，重复浸渍涂覆若干次，得到导线半成品；所述涂覆混合液由石墨烯与乙酸乙酯混合而成或者由石墨烯与丙酮混合而成；7）包裹外层：在导线半成品外表面采用挤塑机的挤塑工艺包裹一层绝缘外层，得到导线成品。3.根据权利要求2所述的一种聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述石墨烯粉体和聚四氟乙烯微粉的质量比例为1-5:100，搅拌混合的时间为10-30分钟，转速为3000-4000转\分钟。4.根据权利要求2所述的一种聚四氟乙烯/石墨烯导线的制备方法，其特征在于：步骤3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建，陈仁毅，
申请(专利权)人：福建甲子信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35