本发明专利技术公开了一种耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料及其制备方法。通过接枝聚合的方法，在纳米无机粒子表面引入耐高温型环氧树脂，然后将改性纳米粒子与聚四氟乙烯（PTFE）经过高速混和、冷压成型、高温烧结、车削成膜和压延定向等工艺制得定向的PTFE（RolledPTFE）复合薄膜。利用纳米粒子在PTFE基体内部起到应力集线器的作用，并通过压延工艺使得纳米粒子能够将取向的PTFE分子链绑定，从而起到提高PTFE的力学性能和蠕变性能的作用，并使得PTFE的结晶性能有一定的改善。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，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。
技术介绍
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I IOOnm)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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对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°C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SI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°C，转速为10_30r/min。所述的烧结包括以下步骤:以30°C /h升至380°C，并在150°C，250°C，337°C各保温lh，在380°C保温8h，之后以-25°C /h降温至300°C，并在320°C和310°C各保温2h ;再以-30°C /h降至250°C，并在280°C和250°C各保温lh，最后断电并自然冷却至室温。为了更好地理解本专利技术，以下对本专利技术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，其不能作为本专利技术保护范围的限制。本专利技术的耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料具体制备步骤为: S1.将纳米无机粒子与硅烷偶联剂、H2O加入溶剂中，氮气保护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Si02。然后将硅烷偶联剂改性SiO2加入溶剂中，在氮气保护下加入环氧树脂(EP)，在10(TC下加热反应8h，制得环氧接枝无机粒子(记为Si02-g-EP 或 CaC03-g-EP)。所述纳米无机粒子为纳米二氧化娃粒子或纳米，粒径为7 50nm,比表面积为150 640m2/g ;无机纳米粒子使用前需要在140°C下真空干燥8h以除去表面的水分。所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、所述的环氧树脂为E51，DY179等含有乙氧基的环氧树脂单体，单体重量为纳米无机粒子重量的10 30wt%。所述溶剂为无水乙醇、丁酮、正己烷或甲苯，溶剂的重量为纳米无机粒子的30 40倍。S2.将反应之后的纳米无机粒子于索示抽提器中抽提48 72h，除去溶剂和未反应的接枝单体，然后再于100°c下真空干燥10小时，得到接枝改性的无机纳米粒子。进一步可将得到的改性无机纳米粒子进行球磨，转速200 400rpm，球磨时间半小时，得到超细的改性无机纳米粒子。所述抽提用的溶剂为丙酮、丁酮、正己烷或甲苯，溶剂的重量为纳米无机粒子的60-80 倍。3.将改性后的的纳米粒子与PTFE基体经过高速混和、冷压成型、高温烧结、车削成膜和压延定向等工艺制得定向的PTFE薄膜。 所述高速混和的转速为1400r/min，冷压成型的压力为30_60MPa。所述烧结工艺采用程序升温的方法，以30°C /h升至380°C，并在150°C，250°C，337°C各保温lh，在380°C保温8h，之后以-25°C /h降温至300°C，并在320°C和310°C各保温2h ;再以-30°C /h降至250°C，并在280°C和250°C各保温lh，最后断电并自然冷却至室温。所述车削成膜的速率为5_20r/min，所述压延工艺的温度为180°C，转速为10-30r/min，制得经压延定向的PTFE薄膜(Rolled PTFE)。本专利技术具有以下优点: 1.与传统的纳米粒子的改性方法相比，本专利技术在纳米粒子表面接枝的聚合物更耐高温，能够满足PTFE苛刻的加工温度，同时将接枝改性后的纳米粒子填充到PTFE基体中，并利用PTFE特殊的成型工艺，在制得定向的PTFE复合薄膜的同时，通过取向来调控纳米粒子的分布，以发挥纳米粒子的效应。2.本专利技术采用常规的溶液共混的方法将EP接枝到纳米粒子表面，接枝改性后纳米粒子的加入不影响PTFE特殊的成型工艺。工艺简单，成本低，所制得定向PTFE复合薄膜的力学性能和抗螺变性能都有大幅度的提闻，同时材料的结晶度有一定的提闻。3.从附图3可以看出，与未改性的气相法纳米Si02的红外曲线相比，Si02-g_EP的红外谱图在910CHT1出现有碳氧的弯曲振动吸收峰，在1360CHT1处出现叔胺的吸收峰，说明环氧基团已经接枝到纳米粒子表面。从附图5可以看出，在同样的变形时间下，未填充的纯PTFE的蠕变应变是大于其本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，由以下成分制成，?????聚四氟乙烯????????????????????????95%~99%?????环氧树脂接枝改性的纳米无机粒子????1%~5%。
【技术特征摘要】
1.一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，由以下成分制成， 聚四氟乙烯95% 99% 环氧树脂接枝改性的纳米无机粒子 1% 5%。2.根据权利要求1所述的耐蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料，其特征在于，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，纳米无机粒子、硅烷偶联剂加入溶剂中，惰性气体保护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；所述纳米无机粒子、硅烷偶联剂与溶剂的质量比为5:1,硅烷偶联剂改性纳米无机粒子加入溶剂中，在惰性气体保护下加入环氧树脂，在100°C下加热反应8h，制得环氧树脂接枝改性的纳米无机粒子，所述环氧树脂与硅烷偶联剂改性的纳米粒子的质量比为1:1。3.根据权利要求2所述的蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料，其特征在于，所述的步骤SI的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。4.根据权利要求2所述的蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料，其特征在于，所述的纳米无机粒子粒径为7 50nm,比表面积为150 640m2/g。5.根据权利要求2所述的蠕变纳米无机粒子/聚合物复合材料，其特征在于，所述的纳米无机粒子使用前需要真空干燥。6.根据权利要求2所述的蠕变纳米无机粒子/聚合物复...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮文红，章明秋，石学博，容敏智，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。