一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料及其加工方法技术

本发明专利技术适用于复合材料加工技术领域，提供了一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，包括以下质量份的原料：聚四氟乙烯60

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料及其加工方法


[0001]本专利技术属于复合材料加工
，尤其涉及一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料及其加工方法。

技术介绍

[0002]聚四氟乙烯是一种性能优异的特种高分子材料，具备耐腐蚀、高密封、耐高低温、自润滑、电绝缘等优越性能，由于分子链中不含
‑
OH、
‑
COOH等亲水基团，聚四氟乙烯材料的表面能极低，在未经改性的条件下，材料已具备一定程度的疏水性。因此，聚四氟乙烯是制备超疏水薄膜的理想材料。
[0003]通常制备超疏水材料的方法可分为表面化学改性和制备表面微结构两类，化学改性是通过对表面的化学处理进一步降低材料的表面能，而由于聚四氟乙烯本身表面能极低，化学改性的提升空间有限；表面微结构的制备方法有很多，包括模板法、相分离、刻蚀法、淋/喷涂法、电火花微加工、电镀法、溶胶凝胶法等，这些方法各具优势，但受制于制备机理、成本、效率、制品耐磨性、疏水寿命等问题，基于聚四氟乙烯材料的超疏水表面的制备方法仍十分有限。
[0004]因此，急需研究出更佳的超疏水材料以及加工其的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的，一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，包括以下质量份的原料：
[0007]聚四氟乙烯60
‑
100份、改性纳米TiO
2 15
‑
30份、丙烯酸树脂0.5
‑
3份、抗氧剂0.2
‑
2份、分散剂0.2
‑
3份、硅烷偶联剂1
‑
5份；
[0008]其中，所述改性纳米TiO2的制备方法包括以下步骤：
[0009]称取有机钛合物和酸性溶液充分混合，充分反应后得到含纳米TiO2颗粒的悬浮溶液；
[0010]取一定量含有过渡金属离子的酸性溶液和茂金属催化剂加入到含纳米TiO2颗粒的悬浮溶液，充分反应后，将产物过滤，经醇洗并烘干，即可得到改性纳米TiO2。
[0011]优选地，包括以下质量份的原料：
[0012]聚四氟乙烯70
‑
90份、改性纳米TiO
2 15
‑
20份、丙烯酸树脂1
‑
2份、抗氧剂0.5
‑
1份、分散剂1
‑
2份、硅烷偶联剂2
‑
4份。
[0013]优选地，包括以下质量份的原料：
[0014]聚四氟乙烯80份、改性纳米TiO215份、丙烯酸树脂1份、抗氧剂0.5份、分散剂1份、硅烷偶联剂3份。
[0015]优选地，所述有机钛合物为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几
种；
[0016]所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种混合，所述酸性溶液的浓度为10％
‑
30％；
[0017]所述有机钛合物的质量份为5
‑
20份，所述酸性溶液的质量份为60
‑
100份；
[0018]所述有机钛合物和酸性溶液的反应条件为压强110
‑
150KPa，温度150
‑
190℃，反应时间1
‑
3h；
[0019]所述过渡金属元素为锰、铁、铜、锌、铑、钯、银、铂、金中的一种或多种混合；
[0020]所述过渡金属离子与钛的摩尔质量比为(0.2％
‑
5％):1；
[0021]所述含有过渡金属离子的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种混合；
[0022]所述茂金属催化剂为APE
‑
1茂金属催化剂；
[0023]所述含有过渡金属离子的酸性溶液、催化剂与含纳米TiO2颗粒的悬浮溶液的反应条件为压强100
‑
160KPa，温度60
‑
80℃，反应时间2
‑
6h；
[0024]所述醇为乙醇、正丁醇、乙二醇中的一种，所述干燥温度为60
‑
90℃。
[0025]优选地，所述抗氧剂为三(2,4
‑
二叔丁基)亚磷酸苯脂、四[β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,3,5
‑
三甲基
‑
2,4,6
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)苯中的一种或几种的混合；
[0026]所述分散剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或几种混合；
[0027]所述硅烷偶联剂为KH540、KH550、KH560、KH602中的一种。
[0028]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料的加工方法，具体包括以下步骤：
[0029]称取聚四氟乙烯、改性纳米TiO2、丙烯酸树脂、抗氧剂、分散剂和硅烷偶联剂充分混合、搅拌均匀，得到混合料；
[0030]将混合料挤出造粒，得到改性纳米TiO2/聚四氟乙烯复合颗粒；
[0031]将改性纳米TiO2/聚四氟乙烯复合颗粒制备为薄膜、片材或板材形式的试样，再进行擦拭清洁；
[0032]在试样表面进行激光扫略，在材料表面形成微米级特征结构时，表层的聚四氟乙烯被气化去除，改性纳米TiO2被暴露出来，形成跨尺度的微纳复合结构，即可得到所述超疏水改性聚四氟乙烯复合材料。
[0033]优选地，所述挤出造粒采用双螺杆挤出机，所述挤出机自料斗至机头口模依次排布六个温度区，一区温度200
‑
220℃，二区温度360
‑
380℃，四区温度360
‑
380℃，五区温度360
‑
380℃，机头温度350
‑
370℃，螺杆转速200
‑
280r/min。
[0034]优选地，所述激光扫略的参数为：激光的平均功率5
‑
20w；光斑直径20
‑
100m；激光频率50
‑
200kHz；脉冲宽度为100
‑
1000fs；波长为800
‑
1100nm；填充线间距10
‑
120m；扫描速率100
‑
3000mm/s；离焦量为0，扫描次数1次；激光的填充方式为网格填充、平行线填充、交叉填充中的一种或几种混合。
[0035]优选地，所述特征结构为沟槽状结构、锥形结构、锥形阵列结构中的一种。
[0036]本专利技术实施例提供的一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料添加有改性纳米TiO2，并在加工时采用飞秒激光一次性扫略即可获得跨尺度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料：聚四氟乙烯60
‑
100份、改性纳米TiO
2 15
‑
30份、丙烯酸树脂0.5
‑
3份、抗氧剂0.2
‑
2份、分散剂0.2
‑
3份、硅烷偶联剂1
‑
5份；其中，所述改性纳米TiO2的制备方法包括以下步骤：称取有机钛合物和酸性溶液充分混合，充分反应后得到含纳米TiO2颗粒的悬浮溶液；取一定量含有过渡金属离子的酸性溶液和茂金属催化剂加入到含纳米TiO2颗粒的悬浮溶液，充分反应后，将产物过滤，经醇洗并烘干，即可得到改性纳米TiO2。2.根据权利要求1所述的超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料：聚四氟乙烯70
‑
90份、改性纳米TiO
2 15
‑
20份、丙烯酸树脂1
‑
2份、抗氧剂0.5
‑
1份、分散剂1
‑
2份、硅烷偶联剂2
‑
4份。3.根据权利要求2所述的超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料：聚四氟乙烯80份、改性纳米TiO215份、丙烯酸树脂1份、抗氧剂0.5份、分散剂1份、硅烷偶联剂3份。4.根据权利要求1所述的超疏水改性聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，所述有机钛合物为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种；所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种混合，所述酸性溶液的浓度为10％
‑
30％；所述有机钛合物的质量份为5
‑
20份，所述酸性溶液的质量份为60
‑
100份；所述有机钛合物和酸性溶液的反应条件为压强110
‑
150KPa，温度150
‑
190℃，反应时间1
‑
3h；所述过渡金属元素为锰、铁、铜、锌、铑、钯、银、铂、金中的一种或多种混合；所述过渡金属离子与钛的摩尔质量比为(0.2％
‑
5％):1；所述含有过渡金属离子的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种混合；所述茂金属催化剂为APE
‑
1茂金属催化剂；所述含有过渡金属离子的酸性溶液、催化剂与含纳米TiO2颗粒的悬浮溶液的反应条件为压强100
‑
160KPa，温度60
‑
80℃，反应时间2
‑
6h；所述醇为乙醇、正丁醇、乙二醇中的一种，所述干燥温度为60
‑
90℃。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：管迎春，王泉杰，李兴，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院北京航空航天大学合肥研究生院，
类型：发明
国别省市：