[發明專利]復合填料、聚四氟乙烯基復合材料及制備方法和制成品

有效

• 申請號: 202010260651.X
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111303485B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 朱巧思;郭建強;李炯利;王旭東;梁佳豐;李岳
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯技術研究院有限公司
• 主分類號: C08K9/02
• 分類號: C08K9/02;C08K7/00;C08K3/02;C08K3/04;C08L27/18
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王勤思

本發明涉及一種復合填料，包括金屬離子修飾的黑磷納米片以及富勒烯納米顆粒，所述金屬離子修飾的黑磷納米片占復合填料質量百分比為67％～83％，所述富勒烯納米顆粒占復合填料質量百分比為17％～33％。本發明還涉及一種聚四氟乙烯基復合材料，包括所述的復合填料和聚四氟乙烯基體，所述聚四氟乙烯基體占所述聚四氟乙烯基復合材料質量百分比為95％～99.5％，所述復合填料占所述聚四氟乙烯基復合材料質量百分比為0.5％～5％。本發明還涉及所述復合填料和所述聚四氟乙烯基復合材料的制備方法以及制成品。

技術領域

本發明涉及改性聚四氟乙烯材料技術領域，具體涉及一種復合填料、聚四氟乙烯基復合材料及制備方法和制成品。

背景技術

聚四氟乙烯(PTFE)作為一種特種工程塑料在諸多領域應用廣泛，其具有良好的抗酸堿抗溶劑、耐高低溫耐氣候的特點，最重要的是，相比于其他材料，PTFE的摩擦系數低，可以用作良好的密封材料。但PTFE耐磨性差，易損耗、服役壽命短，這大大制約了其更加廣泛的應用。因此，研究改性聚四氟乙烯復合材料具有重要現實意義。目前在工程領域應用最為成熟的PTFE的改性技術為填充改性，但傳統改性填料在改性時往往存在諸多顧此失彼的問題。

黑磷(BP)作為一種具有特殊褶皺薄片結構的新型二維納米材料具有諸多優異的性能，研究表明黑磷具有非凡的機械和潤滑性能，基于該性能特點黑磷可以為復合材料帶來優異的摩擦學性能，在基體中加入極少量的黑磷納米片即可顯著提升材料的耐磨性，同時進一步降低其摩擦系數。但是黑磷作為填料使用時存在諸多問題，首先是黑磷化學性質活潑，在空氣中易與水和氧氣發生反應從而變質，直接填充使用效果差；其次是由于黑磷為納米尺度的二維材料，在與樹脂基體進行混合時，依然存在黑磷納米片之間容易互相堆疊和團聚的問題。難以實現黑磷納米片在聚四氟乙烯中的均勻穩定分散，使得黑磷對聚四氟乙烯的改性效果難以達到理想水平。

發明內容

基于此，有必要提供一種復合填料、聚四氟乙烯基復合材料及制備方法和制成品。

本發明提供一種復合填料，包括金屬離子修飾的黑磷納米片以及富勒烯納米顆粒，所述金屬離子修飾的黑磷納米片占復合填料質量百分比為67％～83％，所述富勒烯納米顆粒占復合填料質量百分比為17％～33％。

在其中一個實施例中，所述金屬離子包括Ag⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺中的至少一種。

在其中一個優選實施例中，所述金屬離子為Ag⁺。

在其中一個實施例中，所述金屬離子修飾的黑磷納米片中所述金屬離子的負載量為0.3％至5％。

在其中一個實施例中，所述金屬離子修飾的黑磷納米片與所述富勒烯納米顆粒的質量比為(2～5):1。

在其中一個實施例中，所述黑磷納米片的厚度為4nm至14nm，直徑為2μm至12μm。

在其中一個實施例中，所述富勒烯納米顆粒的粒徑為0.7nm至1.2nm。

本發明提供一種聚四氟乙烯基復合材料，包括所述的復合填料和聚四氟乙烯基體，所述聚四氟乙烯基體占所述聚四氟乙烯基復合材料質量百分比為95％～99.5％，所述復合填料占所述聚四氟乙烯基復合材料質量百分比為0.5％～5％。

本發明還提供一種所述復合填料的制備方法，包括以下步驟：

使用低壓氣相轉化法將塊狀紅磷轉化成塊狀黑磷，并使用液相剪切剝離法將塊狀黑磷剪切剝離得到黑磷納米片；

在所述黑磷納米片表面負載金屬離子得到金屬離子修飾的黑磷納米片；

將所述金屬離子修飾的黑磷納米片和富勒烯納米顆粒混合，得到所述復合填料。