一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，涉及材料加工成型领域，能够制得在垂直于加压方向的平面内纤维较高程度取向的聚四氟乙烯复合材料。本发明是在传统制备的方法基础上，改变了冷压成型过程，包括以下操作步骤：（1）纤维状填料进行表面处理；（2）纤维和聚四氟乙烯粉混合均匀；（3）在模具中进行冷压成型，分批多次进行加料；（4）在烧结炉中按一定的烧结程度进行烧结。本发明加工简单易行，应用前景广阔。

权利要求

1.一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，其特征在于，包括：a.对纤维进行表面处理；

b.处理后的纤维和聚四氟乙烯粉混合均匀，得到纤维和聚四氟乙烯的混合物；

c.将纤维和聚四氟乙烯混合物在模具中进行冷压成型，分批多次进行加料，每次加料后进行一次加压，最后一次将料加完后，将压力加到工艺规定的值，并保持压力；

d.在烧结炉中进行烧结。

2.按照权利要求1所述的纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，其特征在于，纤维是短纤维。

3.按照权利要求1或2所述的纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中所述的纤维和聚四氟乙烯按纤维的体积百分比为5%-35%混合均匀。

4.按照权利要求1或2所述的纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤c中所述的每次加料量使得加压后粗胚厚度增加2-5毫米。

5.按照权利要求1或2所述的纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤c中所述的每次加料后加压的压力值为5-8MPa，保压时间不小于5秒。

6.按照权利要求1或2所述的纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤c中所述的压力工艺规定值为15-40MPa，保压时间不小于10分钟。

说明书

一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制

备方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料加工成型技术领域，尤其涉及一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 复合材料的特性取决于其基体、填料的性能以及它们形成的微结构。高分子复合材料两相系统中，如果其中一相（例如，导热率高的一相）均匀分散但没有任何取向，在相对低的填料含量下导热率的提升是很有限的。当填料含量很高时，可以达到理想的导电导热率，但是以失去高分子本身的优良特性和提高成本为代价。然而当导热率高的一相沿热流方向平行并形成贯穿的结构，导热率会大幅度提升。因此，这种各向异性结构是在减少填料含量但赋予聚合物填料功能的一种有效方法。纤维填充的聚四氟乙烯复合材料在许多领域都有广泛的应用，但是目前应用的都是采用普通的冷压、烧结工艺而成的复合材料，都是各向同性，没有能够最大程度的发挥出功能填料的效用。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，对经典的聚四氟乙烯复合材料制备方法的冷压成型过程进行改进，能够制备一定程度的二维取向各向异性的聚四氟乙烯复合材料，根据纤维的特性不同，可以提高某个平面内或某些方向上的耐磨性、导电性、导热性、力学性能等。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 一种纤维填充聚四氟乙烯的二维取向各向异性复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：

[0006] a.对纤维进行表面处理；

[0007] b.处理后的纤维和聚四氟乙烯粉混合均匀，得到纤维和聚四氟乙烯的混合物；

[0008] c.将纤维和聚四氟乙烯混合物在模具中进行冷压成型，分批多次进行加料，每次加料后进行一次加压，最后一次将料加完后，将压力加到工艺规定的值，并保持压力；

[0009] d.在烧结炉中进行烧结。

[0010] 以上步骤中所述纤维是短纤维；步骤b中所述的纤维和聚四氟乙烯按纤维的体积百分比为5%-35%混合均匀；步骤c中所述的每次加料量使得加压后粗胚厚度增加2-5毫米，每次加料后加压的压力值为5-8MPa，保压时间不小于5秒，最后一次加压的压力工艺规定值为15-40MPa，保压时间不小于10分钟。

[0011] 本发明的有益效果是制备一定程度的二维取向各向异性的聚四氟乙烯复合材料，根据纤维的特性不同，可以提高某个平面内或某些方向上的耐磨性、导电性、力学性能等。

附图说明

[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

[0013] 图1为测试样条加工示意图（P为材料冷压时的加压方向）。

具体实施方式

[0014] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述，实施例1为传统的制备方法，作为对比实施例，其他的实施例都采用本发明的制备方法。

[0015] 实施例1

[0016] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，一次性将混合料加入模具，缓慢施加压力至30MPa，保压15分钟，升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0017] 实施例2

[0018] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压5秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0019] 实施例3

[0020] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压5秒，每次加料使得粗胚厚度增加
5毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0021] 实施例4

[0022] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为5%，纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压5秒，每次加料使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后缓慢施加压力至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0023] 实施例5

[0024] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为35%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压5秒，每次加料使得粗胚厚度增加
2毫米左右。最后一次混合料加完后缓慢施加压力至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0025] 实施例6

[0026] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用不锈钢纤维，不锈钢纤维体积百分比为8%，纤维采用碱洗、酸洗、硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压5秒，每次加料使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后缓慢施加压力至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0027] 上述实施例1-6中的数据详见表1。

[0028] 表1 实施例测试样的拉伸强度比和导电比

[0029]实施例 样条1和样条2的拉伸强度比 样条1和样条2的导电率比
1 1.27 1.79
2 1.87 7.1
3 1.76 6.6
4 1.09 5.8
5 1.56 21
6 1.77 9.9

[0030] 通过上述实施例1-6的试验数据可知，传统工艺加工的纤维增强聚四氟乙烯复合材料中纤维只有轻微的取向，表现为不同方向裁剪的测试样条的拉伸强度和导电率有一些差别；而采用本发明制备的复合材料中纤维的取向度明显要高得多，表现为不同方向裁剪的测试样条的拉伸强度和导电率有明显的差别。通过上述实施例2-3的试验数据可知，通过减小单次加料的量从而减小每次增加的厚度可以提高纤维的取向度，但是每次加料过少，给操作上带来的难度增加明显。

[0031] 除以上实施例以外，本发明还有以下一些实施例。

[0032] 实施例7

[0033] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0034] 实施例8

[0035] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压20秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0036] 实施例9

[0037] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压30秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0038] 实施例10

[0039] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳纤维，碳纤维体积百分比为20%，碳纤维采用硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压20分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0040] 实施例11

[0041] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切碳钢纤维，碳钢纤维体积百分比为25%，碳钢纤维采用碱洗、酸洗、硅烷偶联剂KH-550处理后，将聚四氟乙烯粉和碳钢纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0042] 实施例12

[0043] 聚四氟乙烯选用聚四氟乙烯细粉，纤维选用短切芳纶纤维，芳纶纤维体积百分比为20%，将聚四氟乙烯粉和芳纶纤维混合均匀，按本发明的工艺将混合料分批加入，每次加入后加压至10MPa，保压10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加压至30MPa，保压15分钟，按规定程序升温烧结，最终在375℃保温3小时，随炉降温。按不同方向加工测试样条，如图1。

[0044] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。