[發明專利]聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210065161.3
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114395172A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 朱巧思;郭建強;李炯利;王旭東;王剛;羅圭納
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯技術研究院有限公司
• 主分類號: C08K9/12
• 分類號: C08K9/12;C08K9/04;C08K3/04;C08L27/18;C08L79/08;C08L61/16
• 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

本發明涉及密封材料技術領域，特別是涉及一種聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法和應用。所述聚四氟乙烯改性填料，包括聚多巴胺、還原石墨烯納米片和有機纖維，所述填料具有三維網絡骨架結構，以有機纖維為骨架，所述還原石墨烯納米片以物理吸附的方式附著在所述有機纖維表面，所述聚多巴胺以化學鍵合的方式與所述還原石墨烯納米片結合；其中，所述有機纖維為聚酰亞胺或聚醚醚酮，且為短切纖維。

技術領域

本發明涉及密封材料技術領域，特別是涉及一種聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法和應用。

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，是一種性能優異的自潤滑材料，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。目前在科學界和工程界對于PTFE的摩擦學改性方式主要有三種：填充改性、共混改性、表面改性，其中最為常用的方式為填充改性，改性成本低、技術也相對成熟。經過對PTFE的填充改性，其摩擦學性能可以得到一定提升。

現有的填充改性填料分為兩大類，(1)傳統填料：青銅粉、碳纖維、玻璃纖維、石墨等，存在著改性效果顧此失彼的問題，摩擦系數與磨損率不能同時降低，往往是以損失一方面的性能為代價來提升另一方面的性能，填充改性之后PTFE的力學性能普遍會下降。而且填料與PTFE基體之間的界面普遍較差，影響力學性能；(2)新型納米填料：石墨烯、納米Al₂O₃、納米SiO₂等，納米填料普遍存在分散不均、容易團聚的問題，且分散工藝普遍為簡單的機械混合使得納米填料的優勢不能充分發揮，填料與基體的界面問題仍未得到有效解決，改性效果與傳統填料相比沒有絕對優勢。

因此，如何進一步提升聚四氟乙烯的摩擦學性能是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

基于此，有必要提供能夠同時大幅度減小材料摩擦系數和降低磨損率，且保持材料優異的力學性能的聚四氟乙烯改性填料、改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法和應用。

本發明的一個方面，提供了一種聚四氟乙烯改性填料，包括聚多巴胺、還原石墨烯納米片和有機纖維，所述填料具有三維網絡骨架結構，以有機纖維為骨架，所述還原石墨烯納米片以物理吸附的方式附著在所述有機纖維表面，至少一部分所述聚多巴胺以化學鍵合的方式與所述還原石墨烯納米片結合，另一部分所述聚多巴胺以范德華力附著在有機纖維表面。

在其中一個實施例中，所述有機纖維的長度為1mm～3mm。

在其中一個實施例中，所述還原石墨烯納米片的片徑為1μm～50μm。

在其中一個實施例中，所述聚四氟乙烯改性填料的制備方法包括以下步驟：

提供有機纖維和氧化石墨烯納米片溶液；

將所述有機纖維浸漬在所述氧化石墨烯納米片溶液中，得到混合浸漬液；

向所述混合浸漬液中加入鹽酸多巴胺和Tris-HCl緩沖溶液，加熱反應。

在其中一個實施例中，氧化石墨烯納米片和有機纖維的質量比為1：(3～5)。

在其中一個實施例中，氧化石墨烯納米片和鹽酸多巴胺的質量比為1：(4～5)。

在其中一個實施例中，所述加熱反應在pH為8.5～9，溫度為50℃～60℃條件下反應。

本發明又一方面，還提供一種改性聚四氟乙烯復合材料，由混合粉體進行壓制和燒結制備而成，所述混合粉體包括聚四氟乙烯和改性填料，所述改性填料為所述的聚四氟乙烯改性填料。

本發明再一方面，提供一種改性聚四氟乙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：