本发明专利技术属于材料合成技术领域，提供了一种填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的配方及其获取方法，石墨填充的体积分数为18±0.5％，碳纤维填充的体积分数为10％；利用热导率测量装置研究石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的热导率，利用有限元数值模拟研究石墨改性聚四氟乙烯高导热复合材料的力学性能，并由理论推导得到碳纤维添加改性聚四氟乙烯高导热复合材料的力学性能，利用经验公式研究改性聚四氟乙烯高导热复合材料的力学性能，达到了系统化地优化寻求二者最佳配比的目的，使改性聚四氟乙烯高导热复合材料在满足结构性强度要求下，导热性能达到最佳，有效地提高了耐腐蚀性换热器的耐腐蚀性及换热效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料合成
，尤其涉及一种填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的配方及其获取方法。
技术介绍
在石油化工及药物生产的过程中，部分换热设备经常在腐蚀性环境下工作。目前应用的耐腐蚀换热器主要有两类第一类是钛板、镍板、Mo2Ti等合金材料制造的板式或管 壳式换热器；第ニ类是，石墨、PTFE、PP等非金属材料制造的换热器。合金材料的成本较高，且在强腐蚀性下，部分合金材料也会腐蚀，制约了合金材料类板式或管壳式换热器的使用范围；非金属类换热器的运行成本低但其换热效率很低，利用石墨、碳纤维两相填充改性PTFE复合材料制成的换热器，克服了常用耐腐蚀性换热器的这些缺点。现有技术仅仅对石墨、碳纤维两相填充改性PTFE复合材料的部分关键性能做了研究，但是没有系统性的去优化寻求二者最佳的配比，从而使复合材料达到最佳性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的配方及其获取方法，旨在解决现有技术仅对石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的部分关键性能做了研究，但是没有系统性地去优化寻求二者最佳的配比，未能使改性聚四氟こ烯高导热复合材料达到最佳性能的问题。本专利技术的目的在于提供一种填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的配方，该配方包括石墨、碳纤维，所述石墨填充的体积分数为18±0.5%，所述碳纤维填充的体积分数为 10% O进ー步，该配方中的碳纤维在填充前需要进行表面处理。进ー步，对碳纤维进行表面处理的方法包括等离子体法、离子处理法、涂层处理、氧化法、偶联剂处理法、溶液还原处理与净化法、表面晶须化法、电聚合与电沉积处理法。进ー步，粒度为250目的石墨对改性聚四氟こ烯高导热复合材料的热导率改性效果较其它粒度更为明显。本专利技术的另一目的在于提供一种获得填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料配方的方法，该方法包括以下步骤步骤一，采用APDL编写的石墨填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率模拟有限元分析命令流进行数值模拟，研究石墨粒度、体积分数以及分布方式对改性PTFE复合材料热导率的影响；步骤ニ，根据塑性材料拉伸试验原理，按GB1040-1992对石墨改性聚四氟こ烯高导热复合材料进行拉伸试验，得到改性聚四氟こ烯高导热复合材料的拉伸性能曲线及相应石墨添加体积分数下的拉伸强度；步骤三，以傅里叶定律为基础，考虑温度梯度和平均热流量，引入Eshelby定义的当量温度梯度及与纤维长径比有关的向量矩阵，推导出碳纤维添加复合材料热导率的预测关联式；步骤四，利用多元线性拟合得到石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率的预测关联式；步骤五，依据HalPin-Tsai模型和短纤维增强复合材料的強度混合法则，分别得到碳纤维增强复合材料的弹性模量和強度；步骤六，通过MATLAB约束非线性规划，求解在满足改性聚四氟こ烯高导热复合材料強度要求及热导率最大时，石墨及碳纤维在改性聚四氟こ烯高导热复合材料中填充的体积分数。进ー步，在步骤三中，碳纤维添加复合材料热导率的预测关联式为 _7] ^ x1 +025vIhI +3bs +KHsz -^ + [Sbl -3b2 -3b3 --1)d\_I + 0.251^, -b2+3b3+b4)c + (3b, — Sb2 -3b3 -b4)D]其中，\ '是碳纤维填充改性前复合材料的热导率W/m K ；V是纤维体积分数；b0 _j_I + ノ，是与纤维状态分布相关的常数= sレこ义2厂〒 ’￡> ニ s (ぇへ\_A,；んZ是碳纤维轴向热导率W/m K ;入fx是碳纤维径向热导率W/m K。进ー步，在步骤四中，利用多元线性拟合得到石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率的预测关联式为A=L 9882^+12. 91491V2_0. 2886 ；其中，V1是石墨填充体积分数；V2是碳纤维填充体积分数，此公式适用于V1 く 26% ；V2 く 10%。进ー步，在步骤六中，通过MATLAB约束非线性规划求解石墨及碳纤维在改性聚四氟こ烯高导热复合材料中填充的体积分数时，目标函数需要满足的约束条件为约束条件I :热导率与石墨的体积分数的函数关系入=I. 988Vi+l ；约束条件2 :强度与石墨的体积分数的函数关系び=vo.4J^-°-37335 '约束条件3 :强度不小于20MPa ；其中，入，O ,V1分别表示填充改性复合材料的热导率W/m K、强度MPa，以及填充石墨的体积分数。本专利技术提供的填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的配方及其获取方法，石墨填充的体积分数为18±0. 5%，所述碳纤维填充的体积分数为10%;利用热导率測量装置研究石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的热导率，利用拉伸和电镜扫描实验研究改性聚四氟こ烯高导热复合材料的力学性能，利用有限元数值模拟研究石墨改性聚四氟こ烯高导热复合材料的力学性能，并由理论推导得到碳纤维添加改性聚四氟こ烯高导热复合材料的力学性能，利用经验公式研究改性聚四氟こ烯高导热复合材料的力学性能，达到了系统化地优化寻求二者最佳配比的目的，使改性聚四氟こ烯高导热复合材料在满足结构性強度要求下，导热性能达到最佳，有效地提高了改性聚四氟こ烯高导热复合材料制成的耐腐蚀性换热器的耐腐蚀性及换热效率。附图说明图I是本专利技术实施例提供的获得填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料配方的方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的利用有限元数值模拟的结果与实验值、M-E模型及N-L模型的预测值的结果示意图；图3是本专利技术实施例提供的在定体积分数下，模拟不同粒度石墨颗粒填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的热导率的结果示意图；图5是本专利技术实施例提供的模拟不同粒度石墨对改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率影响的结果示意 图4是本专利技术实施例提供的当石墨填充体积分数在40%以下时，石墨随机分布及均匀分布在聚四氟こ烯高导热复合材料基体中，对改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率的结果不意图；图6是本专利技术实施例提供的对250目粒度，填充体积分数14% 26%的区间，以2%为间隔细化研究石墨体积分数对改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率影响的结果示意图；图7是本专利技术实施例提供的根据塑性材料拉伸试验原理，按GB1040-1992对石墨改性聚四氟こ烯高导热复合材料进行拉伸试验，改性后复合材料的拉伸性能曲线及相应石墨添加体积分数下拉伸强度的结果示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进ー步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定专利技术。本专利技术的目的在于提供一种填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的配方，该配方包括石墨、碳纤维，石墨填充的体积分数为18±0. 5%，碳纤维填充的体积分数为10%。在本专利技术实施例中，该配方中的碳纤维在填充前需要进行表面处理。在本专利技术实施例中，对碳纤维进行表面处理的方法包括等离子体法、离子处理法、涂层处理、氧化法、偶联剂处理法、溶液还原处理与净化法、表面晶须化法、电聚合与电沉积处理法。在本专利技术实施例中，粒度为250目的石墨对改性聚四氟こ烯高导热复合材料的热导率改性效果较其它粒度更为明显。图I示出了本专利技术实施例提供的获得填充改性聚四氟こ烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的配方，该配方包括：石墨、碳纤维，其特征在于，所述石墨填充的体积分数为18±0.5％，所述碳纤维填充的体积分数为10％。
【技术特征摘要】
1.一种填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料的配方，该配方包括石墨、碳纤维，其特征在于，所述石墨填充的体积分数为18±0.5%，所述碳纤维填充的体积分数为10%。2.如权利要求I所述的配方，其特征在于，该配方中的碳纤维在填充前需要进行表面处理。3.如权利要求I所述的配方，其特征在于，对碳纤维进行表面处理的方法包括等离子体法、离子处理法、涂层处理、氧化法、偶联剂处理法、溶液还原处理与净化法、表面晶须化法、电聚合与电沉积处理法。4.如权利要求I所述的配方，其特征在于，粒度为250目的石墨对改性聚四氟こ烯高导热复合材料的热导率改性效果较其它粒度更为明显。5.一种获得填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料配方的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一，采用APDL编写的石墨填充改性聚四氟こ烯高导热复合材料热导率模拟有限元分析命令流进行数值模拟，研究石墨粒度、体积分数以及分布方式对改性PTFE复合材料热导率的影响； 步骤ニ，根据塑性材料拉伸试验原理，按GB1040-1992对石墨改性聚四氟こ烯高导热复合材料进行拉伸试验，得到改性聚四氟こ烯高导热复合材料的拉伸性能曲线及相应石墨添加体积分数下的拉伸强度； 步骤三，以傅里叶定律为基础，考虑温度梯度和平均热流量，引入Eshelby定义的当量温度梯度及与纤维长径比有关的向量矩阵，推导出碳纤维添加复合材料热导率的预测关联式； 步骤四，利用多元线性拟合得到石墨、碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳遵龙，李赵，刘敏珊，陈晓堂，王永庆，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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