一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法技术

本发明专利技术是一种制备高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的方法，其主要内容是通过高速混合、冷压成坯、烧结成型、车削成膜、压延后处理的方法制备一种无机填料填充量高达20wt%以上的聚四氟乙烯复合膜材料，并通过对多种不同功能无机填料分散形态的设计和制备工艺的调控制备出膜结构可控、力学性能、导电性能、导热性能和耐磨损性能优良的无机填料/聚四氟乙烯复合膜材料。本发明专利技术的高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料具有膜结构可控、力学性能优良、功能性灵活可调、设备工艺简单、适合产业化的优点，在高性能化、功能化的PTFE复合膜材料领域具有显著的研究价值和应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法
本专利技术涉及一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法，更具体的说是涉及一种无机填料填充量高达20wt%以上、无机填料分散形态及复合膜结构可控、功能可调、设备工艺简单、力学性能优良、可产业化的高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法，属于高性能聚四氟乙烯复合膜材料

技术介绍
聚四氟乙烯（PTFE）作为特种工程塑料，自1938年美国科学家R.S.Plunkett在研究氟利昂致冷剂的过程中发现了具有“塑料王”之称的PTFE以来[1],PTFE的研制、生产、加工及应用受到了广泛的关注。由于PTFE特殊的化学结构，它具有优异的高低温性能和化学稳定性，极好的电绝缘性、非粘附性、耐候性、不燃性以及良好的润滑性，目前已被广泛应用于航空航天、石油化工、电子通讯、机械、建筑、轻纺等工业部门，并日益深入到人们的日常生活中，成为现代科学技术军工和民用中解决许多关键技术和提高生产技术水平不可或缺的材料[2,3]。根据合成方法不同，目前PTFE主要有三类产品，分为悬浮树脂、分散树脂和浓缩分散液，这三类产品均可制备聚四氟乙烯薄膜用于进一步加工制造机电、电子行业的高级电绝缘衬垫、护套、减磨材料、化工防腐材料及电线电缆绝缘层等。现有聚四氟乙烯膜材料多采用悬浮树脂烧结车削制备，但纯聚四氟乙烯车削薄膜硬度低、质地软、抗蠕变性能差、易形变，且其导热性能差、线性热膨胀系数大，因而易膨胀开裂，影响正常使用。采用无机填料填充改性PTFE可显著改善PTFE导热性能差、抗蠕变性能差、不耐磨损的缺点，大大扩展了PTFE的应用范围。目前，国内制备的无机填料/PTFE复合膜材料多采用车削法，填料填充量一般低于20wt%。例如赵晖[4]等将PTFE悬浮细粉和2~20wt%的纳米级的高纯超细硅微粉或钛白粉进行捣碎、混合、搅拌、过筛、压制成型，再经烧结、车削、裁切加工获得介电常数为2.5~20的高介电常数聚四氟乙烯复合薄膜。吴东建[5]将4~6wt%纳米二氧化钛、1~2wt%纳米氧化锌与PTFE共混以车削法制得抗静电PTFE复合薄膜。但以上方法填料的种类、形态单一，且含量较小，对PTFE性能提高有限，难以实现PTFE复合膜材料在电子信息、电磁屏蔽、耐磨等领域的应用。因此，发展具有多种不同功能和形态的无机填料填充改性PTFE，并提高填料填充量以获得性能满足要求的多功能化PTFE复合膜材料具有广阔的应用前景。但由于PTFE高压易开裂、熔融不流动、与无机填料相容性差的缺点，传统车削法制备填料量大于20wt%的PTFE复合毛坯在高压压制成型时易开裂，车削时团聚的大颗粒填料会损刀影响膜外观，进而影响复合膜材料的性能。因此，传统制备高填料填充量PTFE复合膜材料一般采用浇铸法[6,7]，但此法以水为溶剂，需在原料中添加多种改性剂以获得稳定的混合浆料，带来添加剂去除等困难，且设备要求高、工艺繁琐，目前国内大多数PTFE加工厂家的设备难以达到生产要求。为解决这一问题，发展高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料制备新技术，以期使无机填料在PTFE中均匀分布，同时提高复合薄膜的致密度，实现PTFE复合薄膜结构灵活可控并兼具优良的力学性能、电性能、耐磨损性能等，对高性能化、功能化PTFE薄膜的开发和应用具有重要意义。参考文献[1]钱知勉编.塑料性能应用手册[M].上海:上海科学技术文献出版社1988:285-286.[2]钱知勉.氟树脂性能与加工应用[J].化工生产与技术,2004,11(4):1-8.[3]钱知勉.聚四氟乙烯塑料的实用性[J].有机氟工业,2003(1):10-20.[4]赵晖,赵文杰,侯金国.一种高介电常数宽幅聚四氟乙烯功能薄膜及其制造工艺[P].中国专利,CN107775975A,2018-03-09.[5]吴东建.一种抗静电聚四氟乙烯薄膜及其制备方法与应用[P].中国专利,CN107418108A,2017-12-01.[6]ThomasF.McCarthy,Bennington,VT.USPatentNo.20050153610A1;2005.[7]GwoS.Swei,Northboro;DavidJ.USPatentNo.5506049;1996。
技术实现思路
针对目前车削法制备无机填料/聚四氟乙烯复合膜材料填料填充量低，难以达到改性要求，而浇铸法制备复合膜材料设备要求高、工艺复杂的缺点，本专利技术的目的旨在提出一种无机填料填充量高达20wt%以上、无机填料分散形态及复合膜结构可控、功能可调、设备工艺简单、力学性能优良、可产业化的多功能高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法。该方法能通过选择不同种类和形态的无机填料，设计改进成型工艺以改善无机填料在PTFE基体中的分散情况，调控PTFE复合膜材料的形态结构，实现无机填料在PTFE基体中的高填料量填充，并实现高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料电性能、线性热膨胀性能、耐磨损性能和力学性能的同步提高。该方法同时具有设备工艺简单、可连续化生产、适宜大规模工业化生产的优点。本专利技术的基本原理是，鉴于无机填料的分散状态、无机填料与PTFE的界面相互作用以及无机填料/PTFE复合材料的致密度对PTFE复合膜材料的性能有较大影响，所以通过选择具有不同形态和粒径的无机填料与PTFE共混，使其在PTFE中的流动性及团聚效应得到优化，从而能更好地调控设计无机填料在PTFE中的分散形态及其与PTFE的界面相容性；同时通过调控无机填料与PTFE树脂的混合、冷压烧结、车削压延工艺也能改变无机填料在PTFE中的分散形态及复合薄膜的厚度和致密度，其中在冷压成型过程中引入逐级加压、缓慢卸压的方式对混合料进行上下等压压制的步骤，一方面逐级加压、缓慢卸压可以有效排出毛坯中的残留空气和提高压制压力且保证毛坯不开裂，从而实现毛坯致密度的提高，另一方面上下等压压制可以使整个毛坯受力均匀，从而保证型坯的密度均一，提高最终产品质量，在车削过程中通过调控型坯的温度及合金刀的质量控制车削膜厚度为45~200微米，从而有利于进行后续压延，得到理想厚度的PTFE复合膜材料；并进而通过选择具有不同功能的无机填料与PTFE复配，如导电填料石墨、导热填料钛白粉等，从而获得具有不同功能和性能，可适用于多个领域的高填料填充量PTFE复合膜材料。本专利技术从这点出发，在原料选择和加工方法上致力于改善无机填料在PTFE中的分散形态及PTFE不耐磨损、导电导热差的性能，由此实现高填料填充量、多功能、高性能PTFE基复合薄膜的制备。具体来讲，本专利技术是选取不同功能的无机填料从而使PTFE复合膜材料具有导电、导热、耐磨损等性能；通过调控无机填料的形态和中位粒径（平均长度）来改变无机填料在PTFE分散状态和无机填料与PTFE间的界面相互作用力；在预成型过程中，引入逐级加压、缓慢卸压的方式对混合料进行上下等压压制的步骤，来降低毛坯的孔隙率，提高毛坯致密度和均一性；通过车削压延的方式调控PTFE复合膜材料的厚度和表面形态，最终得到的高填料填充量PTFE复合膜材料结构可控，功能可调，力学性能也同步提高。本专利技术基于上述原理，实现上述专利技术目的是采用的以下技术方案实现的：一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法，包括如下步骤：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：（1）原料混合：将无机填料与聚四氟乙烯树脂分别过筛，按重量百分比为20~50%：50~80%配料并混合均匀，再次过筛得混合料；（2）压制毛坯：在10~35℃条件下，将混合料置于带芯棒的圆柱形模具中，采用逐级加压、缓慢卸压的方式对混合料进行上下等压压制，压制压力为5~15MPa，压制好的毛坯在60~120℃温度下放置24h以上；（3）烧结成型：将上述毛坯放入可程序控温的烧结炉中进行烧结，设置烧结程序为：以10~60℃/h的升温速率，将炉内温度由室温升温至360~390℃，在360~390℃烧结4~15h后，再以5~30℃/h的降温速率将温度降至300~350℃，之后随炉冷却；（4）二次压制：将上述烧结后的型坯预热至160~250℃，置于液压机上进行二次压制、定型；（5）车削成膜：将冷却后的型坯在烘箱中于60~120℃预热后，固定于车床上，采用硬质合金刀按设定厚度进行车削，控制车削所得复合材料厚度为45~200微米；（6）热处理：将车削膜置于预热到170~190℃以上的双辊之间，调整双辊间距，压延处理至所需厚度，所得高填料填充量聚四氟乙烯复合薄膜厚度为35~100微米。...

【技术特征摘要】
1.一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：（1）原料混合：将无机填料与聚四氟乙烯树脂分别过筛，按重量百分比为20~50%：50~80%配料并混合均匀，再次过筛得混合料；（2）压制毛坯：在10~35℃条件下，将混合料置于带芯棒的圆柱形模具中，采用逐级加压、缓慢卸压的方式对混合料进行上下等压压制，压制压力为5~15MPa，压制好的毛坯在60~120℃温度下放置24h以上；（3）烧结成型：将上述毛坯放入可程序控温的烧结炉中进行烧结，设置烧结程序为：以10~60℃/h的升温速率，将炉内温度由室温升温至360~390℃，在360~390℃烧结4~15h后，再以5~30℃/h的降温速率将温度降至300~350℃，之后随炉冷却；（4）二次压制：将上述烧结后的型坯预热至160~250℃，置于液压机上进行二次压制、定型；（5）车削成膜：将冷却后的型坯在烘箱中于60~120℃预热后，固定于车床上，采用硬质合金刀按设定厚度进行车削，控制车削所得复合材料厚度为45~200微米；（6）热处理：将车削膜置于预热到170~190℃以上的双辊之间，调整双辊间距，压延处理至所需厚度，所得高填料填充量聚四氟乙烯复合薄膜厚度为35~100微米。2.根据权利要求1所述的一种高填料填充量聚四氟乙烯复合膜材料的制备方法，其特征在于上述步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少云，张瑶，陈蓉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51