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技术

本发明专利技术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。为短切纤维。为短切纤维。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及密封材料
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。/>
技术实现思路

[0005]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。
[0006]本专利技术的一个方面，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。
[0007]在其中一个实施例中，所述有机纤维的长度为1mm～3mm。
[0008]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。
[0009]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：
[0010]提供有机纤维和氧化石墨烯纳米片溶液；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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)。
[0014]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)。
[0015]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。
[0016]本专利技术又一方面，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。
[0017]本专利技术再一方面，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：
[0018]根据所述的聚四氟乙烯改性填料的制备方法制备聚四氟乙烯改性填料；
[0019]将聚四氟乙烯和所述聚四氟乙烯改性填料混合得到混合粉末；
[0020]将混合粉末进行压制和烧结。
[0021]在其中一个实施例中，制成所述混合粉体的各原料的重量百分含量为：
[0022][0023]本专利技术还一方面，进一步提供一种密封元件，采用所述的改性聚四氟乙烯复合材料或由所述的改性聚四氟乙烯复合材料的制备方法制得的改性聚四氟乙烯复合材料制成。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0025]本专利技术提供的聚四氟乙烯改性填料，以聚多巴胺、还原石墨烯纳米片和有机纤维为主要成分，其中，有机纤维为骨架，还原石墨烯纳米片以物理吸附的方式附着在有机纤维表面，聚多巴胺以化学键合的方式与还原石墨烯纳米片结合，整体形成三维网络骨架结构。
[0026]有机纤维选用聚酰亚胺或聚醚醚酮，与聚四氟乙烯基体的热力学匹配性更好，具有合适的纤维模量，在保障材料力学性能的同时，可进一步提升聚四氟乙烯基体的耐高温性能，从而防止在对磨过程产热材料形变造成的磨损加剧。
[0027]还原石墨烯纳米片可起到导热作用，进一步降低对磨过程中产生的热量，降低材料的磨损率。
[0028]聚多巴胺分子间和分子内均存在氢键，可与聚四氟乙烯基体之间产生范德华力作用力，形成机械互锁，在氢键的作用下，聚多巴胺分子链会吸引聚四氟乙烯链的末端，从而得到互锁良好的界面，从而使得本专利技术的填料可以和聚四氟乙烯基体之间界面相容性更好。
[0029]本专利技术提供的聚四氟乙烯改性填料中各成分之间通过物理吸附或化学键合的方式结合，可有效避免各成分之间的团聚，各成分之间结合更牢固，相互之间的界面相容性更好。三种成分相互配合，协同促进聚四氟乙烯的改性，可同时大幅度降低改性后材料的摩擦系数和磨损率，而且保证了改性后材料具有优异的力学性能。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为一实施方式的聚四氟乙烯改性填料的结构示意图；
[0032]图2为一实施方式的聚四氟乙烯改性填料的局部放大结构示意图。
具体实施方式
[0033]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0034]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0035]除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯改性填料，其特征在于，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；其中，所述有机纤维为聚酰亚胺或聚醚醚酮，且为短切纤维。2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯改性填料，其特征在于，所述有机纤维的长度为1mm～3mm。3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯改性填料，其特征在于，所述还原石墨烯纳米片的片径为1μm～50μm。4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯改性填料，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的聚四氟乙烯改性填料，其特征在于，氧化石墨烯纳米片和有机纤维的质量比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱巧思，郭建强，李炯利，王旭东，王刚，罗圭纳，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：