一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法与流程

本技术涉及聚四氟乙烯复合材料领域，更具体地说，它涉及一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚四氟乙烯（ptfe），作为一种高性能的高分子材料，因其卓越的耐化学腐蚀性、耐高温性和优良的电绝缘性能，在密封材料领域得到了广泛的应用。ptfe材料在极端环境下仍能保持稳定的性能，使得它成为多种工业应用中的首选密封材料。然而，尽管ptfe具有诸多优点，其柔软性的不足却在一定程度上限制了其应用范围。特别是在那些要求材料具有高柔软性和良好形状适应性的密封应用中，纯ptfe材料往往难以满足需求。

2、纯ptfe材料的刚性较高，柔软性相对较差，这导致在需要材料能够紧密贴合复杂形状或弯曲表面的密封场合中，纯ptfe材料的表现不尽如人意。柔软性的不足不仅会影响密封的紧密性，还可能降低密封件的耐用性和可靠性。此外，纯ptfe材料的机械强度和耐磨性也存在一定的局限性，特别是在高负荷或高摩擦的工作环境中，纯ptfe密封件的使用寿命可能会受到严重影响。

3、因此，还有待改善。

技术实现思路

1、为了增强聚四氟乙烯的柔软性，本技术提供一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料，采用如下的技术方案：

3、一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料，按照质量百分比，包括1-20%改性膨润土、5-10%椰壳纤维、5-10%菠萝叶纤维、1-5%石墨烯、聚四氟乙烯。

4、通过采用上述技术方案，在椰壳纤维、菠萝叶纤维与石墨烯的共同配合下，椰壳纤维、菠萝叶纤维相互交织，形成稳定、具有良好弹性的网络骨架，这种网络骨架不仅增加了复合材料的整体强度、柔软性，还使得纤维在ptfe基体中更加稳固，不易脱落。而石墨烯以层状结构分散在ptfe中，其层与层之间可以容纳和固定椰壳纤维和菠萝叶纤维交织形成的网络骨架，形成更为紧密的结合、特殊体系。同时，石墨烯的层状结构还能有效防止纤维在受力过程中的滑移和拔出，进一步提高复合材料的稳定性。

5、在后续高温烧结过程中，ptfe分子链的流动性增强，有利于其向椰壳纤维、菠萝叶纤维和石墨烯表面渗透和扩散。这种渗透和扩散作用有助于形成更为紧密的结合界面，提高复合材料的整体强度。在高温下，椰壳纤维和菠萝叶纤维可能发生部分碳化，形成具有更高硬度和强度的碳化纤维。同时，石墨烯也可能发生石墨化，形成更为稳定的石墨结构。这些碳化纤维和石墨化石墨烯的存在能够进一步提高复合材料的耐磨性。

6、而在降温过程中，ptfe基体会发生收缩。此时，带有孔洞的石墨烯为ptfe提供了膨胀的空间，避免了因收缩而产生的内应力。同时，这些孔洞还可以作为微小的细孔，降低ptfe的刚性，增加其柔软性。这些细孔的形成与石墨烯的孔洞结构和椰壳纤维、菠萝叶纤维的交织网络密切相关。

7、优选的，按照质量百分比，包括12%改性膨润土、6%椰壳纤维、8.5%菠萝叶纤维、4%石墨烯、69.5%聚四氟乙烯。

8、通过采用上述技术方案，进一步限定各原料之间的用量配合关系，从而更加充分发挥各原料之间的配合效果，提高聚四氟乙烯复合材料的柔软性、耐磨性。

9、第二方面，本技术提供一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：

10、一种高柔软性的聚四氟乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

11、步骤1：制备混合物：

12、步骤1a：硅烷偶联剂与乙醇混合至均匀，得到1-5%浸泡液；

13、步骤1b：椰壳纤维、菠萝叶纤维、石墨烯投入到浸泡液中，在100-150w的条件下微波处理5-10min，得到微波处理物；

14、步骤1c：在2000-2500r/min的条件下对微波处理物进行搅拌，持续30-60min，得到搅拌处理物；

15、步骤1d：固液分离、烘干，得到混合物；

16、步骤2：将混合物、改性膨润土、聚四氟乙烯在20-30℃的温度下高速低速交替混合，得到中间物；

17、高速为960-1000r/min、2-5s，低速为500-600r/min、3-8s，高速低速交替进行3-6次；

18、步骤3：在25-50mpa的条件下模压中间物，保压时间为3-5min；

19、步骤4：在220-370℃的条件下烧结模压后的中间物，冷却后得到高柔软性的聚四氟乙烯复合材料。

20、结合特殊的微波、高速混合等方式对椰壳纤维、菠萝叶纤维、石墨烯进行处理，椰壳纤维、菠萝叶纤维、石墨烯提前均匀分散，避免了原料集中在某处而使复合材料性能改善不同步的情况。

21、经过处理的混合物与聚四氟乙烯混合的过程中，采用特定的混合方式，使得混合物、改性膨润土能够在聚四氟乙烯内分散均匀，更加充分与聚四氟乙烯配合，不容易形成团聚体，后续能够在聚四氟乙烯中快速顺利形成特殊体系、不容易脱落，保持更持久的柔软、耐磨效果。

22、优选的，所述步骤2中，高速为980r/min、3s，低速为550r/min、5s，高速低速交替进行4次。

23、优选的，所述步骤4中，室温到330℃升温5h，330℃保温0.5h，330℃到370℃升温1h，370℃保温3h，370℃到220℃降温4h，220℃自然冷却到室温。

24、通过采用上述技术方案，进一步限定步骤2、步骤4的混合条件，使得混合物能够充分分散均匀，使得配合充分发挥。在烧结中，混合物能够与聚四氟乙烯有更加紧密的界面结合，提高长久耐磨、柔软的效果。而在降温冷却过程中，带孔洞的石墨烯又可以提供膨胀空间，同样有利于增强复合材料的柔软性。

25、优选的，浸泡所述椰壳纤维、菠萝叶纤维前，将椰壳纤维、菠萝叶纤维粉碎至1-10μm。

26、优选的，粉碎所述椰壳纤维、菠萝叶纤维前，用水对椰壳纤维、菠萝叶纤维进行清洗，而后烘干至恒重后再进行粉碎。

27、优选的，所述椰壳纤维、菠萝叶纤维、石墨烯的总质量与浸泡液的质量比为1：（1-3）。

28、综上所述，本技术具有以下有益效果：

29、1、椰壳纤维、菠萝叶纤维、石墨烯的共同配合下，相互交织构成了一个既稳定又富有弹性的网络结构，这一结构显著增强了复合材料的整体强度和柔软性，并使纤维在ptfe基体中更加牢固。石墨烯以层状形式分散于ptfe中，不仅紧密地固定了这一网络骨架，还通过其层间结构有效阻止了纤维在受力时的滑动和拔出，从而进一步提升了复合材料的稳定性。

30、2、高温烧结过程中，ptfe分子链流动性提升，促进其更有效地渗透到椰壳纤维、菠萝叶纤维及石墨烯表面，形成紧密结合的界面，增强了复合材料的整体强度。此过程中，椰壳纤维、菠萝叶纤维、石墨烯形成更稳定的结构。这些变化提升了复合材料的耐磨性，进一步强化了其性能。

31、3、在降温阶段，ptfe基体会经历收缩，石墨烯的孔洞结构、石墨烯孔洞结构与椰壳纤维、菠萝叶纤维交织网络共同产生的孔洞结构，为ptfe提供了必要的膨胀空间，有效缓解了由收缩引起的内应力。此外，这些孔洞还扮演了微细孔的角色，减少了ptfe的刚性，赋予其更多的柔软性。