权利要求
1.一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，其组成包括以下按重量份的原料：50～60份聚四氟乙烯、5～10份氟化改性氧化
石墨烯、3～5份铝粉、5～8份改性碳化硅纤维、3～5份
硅烷改性纳米二氧化硅、2～3份聚苯硫醚、2～3份聚酰亚胺、0.3～0.5份分散剂和0.5～1份抗氧化剂;
所述改性碳化硅纤维的具体制备步骤如下：
C1：将3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到去离子水中，搅拌混合均匀，调节pH，获得偶联剂溶液;将碳化硅纤维浸泡到偶联剂溶液中，搅拌处理;
C2：将步骤C1中处理后的碳化硅纤维离心，洗涤，过滤，在较低温度下干燥，然后再提高温度热处理，冷却至室温，获得改性碳化硅纤维;
步骤C1中，所述碳化硅纤维和偶联剂溶液的用量之比为1g:30～50mL。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述分散剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸和十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述抗氧化剂是叔丁基对苯二酚、三(2,4-二叔丁基苯基)磷酸酯和2,6-二叔丁基苯酚中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述氟化改性氧化石墨烯的具体制备步骤如下：
A1：将石墨粉加入到烧瓶中，缓慢加入浓硫酸和浓磷酸，控制温度，搅拌分散均匀，提升温度，然后缓慢加入高锰酸钾，加入完成后，提升温度，搅拌反应，缓慢加入去离子水稀释，然后加入过氧化氢，离心，去离子水和HCl溶液重复洗涤，真空干燥，获得氧化石墨烯;
A2：将步骤A1中制备的氧化石墨烯分散到无水乙醇中，超声处理分散均匀后，通入氟化氢气体，反应，去离子水洗涤pH至中性，干燥，获得氟化改性氧化石墨烯。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，步骤A1中，所述石墨粉、浓硫酸和浓磷酸的用量之比为1g:20～25mL:2～3mL;所述高锰酸钾、去离子水、过氧化氢和石墨粉的用量之比为3g:80～100mL:3～4mL:1g。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，步骤A2中，所述氧化石墨烯和无水乙醇的用量之比为2～5mg:2mL;所述氟化氢气体和氧化石墨烯的用量之比为100～200mL:1g。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述硅烷改性纳米二氧化硅的具体制备步骤如下：
B1：将纳米二氧化硅加入到无水乙醇中，超声分散处理，获得纳米二氧化硅分散液;将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇中，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加去离子水和醋酸，搅拌反应，获得偶联剂溶液;
B2：将步骤B1中制备的偶联剂溶液缓慢加入到步骤B1中制备的纳米二氧化硅分散液中，室温下搅拌反应，离心，去离子水重复洗涤，真空干燥，获得硅烷改性纳米二氧化硅。
8.根据权利要求7所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，步骤B1中，所述纳米二氧化硅和无水乙醇的用量之比为1g:40～50mL;所述γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水和醋酸的用量之比为1g:15～20mL:0.5～0.6mL:0.04～0.05mL。
9.根据权利要求8所述的一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其特征在于，步骤B2中，所述偶联剂溶液和纳米二氧化硅分散液的体积用量之比为0.02～0.03:1。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯材料的具体制备步骤如下：
Ⅰ：将铝粉在60～80°C下烘干1～2h，然后在300～400°C加热处理1～2h，自然冷却至室温，获得预处理铝粉;
Ⅱ：将聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纤维、硅烷改性纳米二氧化硅、抗氧化剂、分散剂和预处理铝粉依次加入到球磨机中，将聚苯硫醚、聚酰亚胺分三批次加入球磨机中，在200～300rpm下混合30～60min;
Ⅲ：将步骤Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加热至150～200℃，施加压力10～15MPa，保持5～10min，常温下自然冷却至室温，然后再在200～250℃固化1～2h，获得聚四氟乙烯材料。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于高分子塑料材料技术领域，具体涉及一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料及其制备方法。
背景技术
[0002]聚四氟乙烯(PTFE，Poly Tetra Fluoro Ethylene)是一种由四氟乙烯聚合而成的高分子化合物，属于含氟聚合物家族。因其独特的化学性质和优异的性能，PTFE被广泛应用于化工、电子、电气和医药等领域，尤其是在需要耐高温、耐腐蚀的苛刻环境中表现出色。PTFE的外观通常为白色蜡状固体，具有极低的摩擦系数、极高的抗粘附性，以及极佳的化学稳定性，PTFE的熔点约为327°C，并能在-200°C到260°C的广阔温度范围内长期稳定工作，在高温下仍能保持良好的机械性能。其表面能极低，能够抵抗几乎所有的化学试剂，包括强酸、强碱和有机溶剂，PTFE表面非常光滑，摩擦系数极低，适合流体输送管道应用，PTFE无毒无害，适合医疗和制药环境使用。在制药行业中，药液的输送对于确保药品的质量至关重要，传统的药液输送管道材料如不锈钢虽然具有良好的机械强度和耐腐蚀性，但在某些特定条件下仍存在一些局限性;虽然不锈钢对多数化学物质具有良好的抗腐蚀性，但对于某些强酸强碱或特殊有机溶剂，不锈钢可能会遭受腐蚀，影响药液的纯度和安全性;且不锈钢管道在使用后需要彻底清洗和消毒，以防止交叉污染，耗时费力;此外，对于某些难以清洗的残留物，不锈钢可能无法达到完全清除的效果。因此，聚四氟乙烯管道开始被广泛应用于药液输送中，尤其是在高腐蚀性、高纯度液体的运输场景中。然而，现有技术在将聚四氟乙烯应用于药液输送管道材料时，仍然存在以下主要缺陷，虽然PTFE具有优异的化学稳定性和耐高温性能，但其机械强度相对较低;PTFE的热膨胀系数较大，在温度剧烈变化时容易导致管道变形或连接部位松动，影响管道的长期稳定性;PTFE材料在长期使用中，尤其是在高温和紫外线环境下，可能会出现表面老化现象，影响其使用寿命，因此，针对上述问题，研发一种能够有效耐高温，防腐蚀且长期稳定使用的聚四氟乙烯材料是极其有必要的。
发明内容
[0003]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料及其制备方法。
[0004]本发明所述的技术效果通过如下技术方案来实现的：一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其组成包括以下按重量份的原料：50～60份聚四氟乙烯、5～10份氟化改性氧化石墨烯、3～5份铝粉、5～8份改性碳化硅纤维、3～5份硅烷改性纳米二氧化硅、2～3份聚苯硫醚、2～3份聚酰亚胺、0.3～0.5份分散剂和0.5～1份抗氧化剂。
[0005]优选地，所述分散剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸和十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
[0006]优选地，所述抗氧化剂是叔丁基对苯二酚、三(2,4-二叔丁基苯基)磷酸酯和2,6-二叔丁基苯酚中的任意一种。
[0007]优选地，所述氟化改性氧化石墨烯的具体制备步骤如下：
A1：将石墨粉加入到烧瓶中，缓慢加入浓硫酸和浓磷酸，控制温度0～5℃，搅拌分散均匀，提升温度至10℃，然后缓慢加入高锰酸钾，加入完成后，提升温度至35～40℃，搅拌反应12～24h后，缓慢加入去离子水稀释，然后加入过氧化氢，离心，去离子水和1M HCl溶液重复洗涤3次，60℃真空干燥12～24h，获得氧化石墨烯;
A2：将步骤A1中制备的氧化石墨烯分散到无水乙醇中，超声处理分散均匀后，通入氟化氢气体，在0～5℃下反应3～6h，去离子水洗涤pH至中性，60～80℃干燥12～24h，获得氟化改性氧化石墨烯;
优选地，步骤A1中，所述石墨粉、浓硫酸和浓磷酸的用量之比为1g:20～25mL:2～3mL;所述高锰酸钾、去离子水、过氧化氢和石墨粉的用量之比为3g:80～100mL:3～4mL:1g;
优选地，步骤A2中，所述氧化石墨烯和无水乙醇的用量之比为2～5mg:2mL;所述氟化氢气体和氧化石墨烯的用量之比为100～200mL:1g。
[0008]优选地，所述硅烷改性纳米二氧化硅的具体制备步骤如下：
B1：将纳米二氧化硅加入到无水乙醇中，100～200W超声分散处理30～60min，获得纳米二氧化硅分散液;将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇中，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加去离子水和醋酸，200～300rpm搅拌反应10～30min，获得偶联剂溶液;
B2：将步骤B1中制备的偶联剂溶液缓慢加入到步骤B1中制备的纳米二氧化硅分散液中，室温下以300～500rpm转速搅拌反应12h后，离心，去离子水重复洗涤5次，60～80℃真空干燥12～24h，获得硅烷改性纳米二氧化硅;
优选地，步骤B1中，所述纳米二氧化硅和无水乙醇的用量之比为1g:40～50mL;所述γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水和醋酸的用量之比为1g:15～20mL:0.5～0.6mL:0.04～0.05mL;
优选地，步骤B2中，所述偶联剂溶液和纳米二氧化硅分散液的体积用量之比为0.02～0.03:1。
[0009]优选地，所述改性碳化硅纤维的具体制备步骤如下：
C1：将3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到去离子水中，搅拌混合均匀，调节pH至4～5，获得浓度1～2wt%的偶联剂溶液;将碳化硅纤维浸泡到偶联剂溶液中，搅拌处理30～60min;
C2：将步骤C1中处理后的碳化硅纤维离心，洗涤，过滤，在60～120℃下干燥12h，然后再在120～150℃下热处理8～12h，冷却至室温，获得改性碳化硅纤维;
优选地，步骤C1中，所述碳化硅纤维和偶联剂溶液的用量之比为1g:30～50mL。
[0010]优选地，本发明的另一方面在于提供一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料的制备方法，具体制备步骤如下：
Ⅰ：将铝粉在60～80°C下烘干1～2h，然后在300～400°C加热处理1～2h，自然冷却至室温，获得预处理铝粉;
Ⅱ：将聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纤维、硅烷改性纳米二氧化硅、抗氧化剂、分散剂和预处理铝粉依次加入到球磨机中，将聚苯硫醚、聚酰亚胺分三批次加入球磨机中，在200～300rpm下混合30～60min;
Ⅲ：将步骤Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加热至150～200℃，施加压力10～15MPa，保持5～10min，常温下自然冷却至室温，然后再在200～250℃固化1～2h，获得聚四氟乙烯材料。
[0011]本发明的有益效果如下：
本发明通过多种填料的协同作用显著提升了聚四氟乙烯(PTFE)基
复合材料的综合性能，特别是在机械强度、热传导路径、增韧性和耐高温耐腐蚀性方面的优化。首先，氟化改性氧化石墨烯(FGO)通过引入氟原子显著提高与PTFE基体的相容性，其表面氟原子与PTFE基体之间的非极性-非极性相互作用增强了界面结合力，从而提升了复合材料的机械强度。FGO本身具有较高的导热性，能够优化热传导路径，进一步提升复合材料的耐高温性能。碳化硅纤维在复合材料中构建连续的导热网络，进一步提高材料的热导率，其高强度和高模量则使复合材料在抗冲击性能方面表现突出，特别是在高温条件下，碳化硅纤维通过均匀分布和纤维结构有效抑制裂纹扩展，进而显著增强复合材料的耐高温性能和抗冲击能力;碳化硅纤维的增强效果，既源自其硬度带来的耐磨性提升，也源自其作为结构增强纤维，显著改善了复合材料的抗裂性和机械稳定性。铝粉通过表面形成的
氧化铝保护膜为复合材料提供良好的耐腐蚀性，防止氧化并在高温环境下维持稳定。此外，铝粉能够有效分散复合材料中的应力，从而减缓磨损，并在一定程度上提升耐磨性和抗冲击性。虽然铝粉本身硬度较低，但其分散应力和改善材料韧性的特性，有助于提高复合材料的整体耐用性。
[0012]本发明利用硅烷改性纳米二氧化硅通过增强填料与PTFE基体之间的界面结合力，改善填料的分散性，从而提升了复合材料的结构稳定性。虽然其硬度和强度本身贡献有限，但在与碳化硅纤维协同作用下，硅烷改性二氧化硅有效提升了材料的耐磨性和力学强度，尤其是在高温条件下，增强了复合材料的整体性能.聚苯硫醚(PPS)和聚酰亚胺(PI)作为增韧剂，通过其分子链中的极性基团与填料表面的功能基团(FGO的氟基和硅烷改性二氧化硅的羟基)发生偶极-偶极相互作用，增强了界面结合力;PPS和PI的分子链能够吸收由硬质填料(碳化硅纤维)引起的应力，从而有效缓解填料带来的脆性问题，提升复合材料的冲击强度和韧性，特别是在高温环境下，PPS和PI的增韧作用有助于保持材料的优良力学性能;此外，PPS和PI的热膨胀系数与PTFE基体接近，有助于减少由于温度变化引起的内应力集中，从而提高复合材料的热稳定性。
[0013]综上所述，各填料的协同作用显著提升了复合材料的综合性能，氟化改性氧化石墨烯提升热传导性能和界面结合力，碳化硅纤维增强耐冲击性和耐磨性，铝粉通过表面保护膜提升耐腐蚀性和抗磨损能力;硅烷改性二氧化硅通过改善填料分散性，增强复合材料的力学性能，PPS和PI则通过分子链中的极性基团与填料表面相互作用，改善界面强度，提升韧性和热稳定性;复合材料在各个性能方面的优势协同作用，克服了传统PTFE基体的不足，确保了其在高温和复杂化学环境中的长期稳定性和可靠性。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本发明实施例2和对比例1～4制备的聚四氟乙烯材料的耐酸性测试结果图;
图2是本发明实施例2和对比例1～4制备的聚四氟乙烯材料的耐碱性测试结果图;
图3是本发明实施例2和对比例1～4制备的聚四氟乙烯材料的耐热性测试结果图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的原料均通过常规商业渠道购买。
[0017]实施例1：一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其组成包括以下按重量份的原料：50份聚四氟乙烯、5份氟化改性氧化石墨烯、3份铝粉、5份改性碳化硅纤维、3份硅烷改性纳米二氧化硅、2份聚苯硫醚、2份聚酰亚胺、0.5份分散剂和0.5份抗氧化剂。
[0018]氟化改性氧化石墨烯的具体制备步骤如下：
A1：将5g石墨粉加入到烧瓶中，缓慢加入100mL浓硫酸和10mL浓磷酸，控制温度0℃，搅拌分散均匀，提升温度至10℃，然后缓慢加入15g高锰酸钾，加入完成后，提升温度至35℃，搅拌反应24h后，缓慢加入400mL去离子水稀释，然后加入15mL过氧化氢，离心，去离子水和1M HCl溶液重复洗涤3次，60℃真空干燥12h，获得氧化石墨烯;
A2：将步骤A1中制备的1000mg氧化石墨烯分散到1000mL无水乙醇中，超声处理分散均匀后，通入100mL氟化氢气体，在0℃下反应3h，去离子水洗涤pH至中性，60℃干燥24h，获得氟化改性氧化石墨烯;
硅烷改性纳米二氧化硅的具体制备步骤如下：
B1：将10g纳米二氧化硅加入到400mL无水乙醇中，100W超声分散处理60min，获得纳米二氧化硅分散液;将1g γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到15mL无水乙醇中，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加0.5mL去离子水和0.04mL醋酸，200rpm搅拌反应30min，获得偶联剂溶液;
B2：将步骤B1中制备的8mL偶联剂溶液缓慢加入到步骤B1中制备的400mL纳米二氧化硅分散液中，室温下以300rpm转速搅拌反应12h后，离心，去离子水重复洗涤5次，60℃真空干燥24h，获得硅烷改性纳米二氧化硅;
改性碳化硅纤维的具体制备步骤如下：
C1：将2g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到200mL去离子水中，搅拌混合均匀，调节pH至5，获得浓度1wt%的偶联剂溶液;将5g碳化硅纤维浸泡到150mL偶联剂溶液中，搅拌处理30min;
C2：将步骤C1中处理后的碳化硅纤维离心，洗涤，过滤，在60℃下干燥12h，然后再在120℃下热处理12h，冷却至室温，获得改性碳化硅纤维;
聚四氟乙烯材料的具体制备步骤如下：
Ⅰ：将铝粉在60°C下烘干2h，然后在300°C加热处理2h，自然冷却至室温，获得预处理铝粉;
Ⅱ：将聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纤维、硅烷改性纳米二氧化硅、叔丁基对苯二酚、聚乙烯醇和预处理铝粉依次加入到球磨机中，将聚苯硫醚、聚酰亚胺分三批次加入球磨机中，在200rpm下混合60min;
Ⅲ：将步骤Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加热至150℃，施加压力10MPa，保持10min，常温下自然冷却至室温，然后再在200℃固化2h，获得聚四氟乙烯材料。
[0019]实施例2：一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其组成包括以下按重量份的原料：60份聚四氟乙烯、8份氟化改性氧化石墨烯、4份铝粉、7份改性碳化硅纤维、4份硅烷改性纳米二氧化硅、2.5份聚苯硫醚、2.5份聚酰亚胺、0.6份分散剂和0.8份抗氧化剂。
[0020]氟化改性氧化石墨烯的具体制备步骤如下：
A1：将5g石墨粉加入到烧瓶中，缓慢加入120mL浓硫酸和12mL浓磷酸，控制温度4℃，搅拌分散均匀，提升温度至10℃，然后缓慢加入15g高锰酸钾，加入完成后，提升温度至38℃，搅拌反应20h后，缓慢加入450mL去离子水稀释，然后加入18mL过氧化氢，离心，去离子水和1M HCl溶液重复洗涤3次，60℃真空干燥20h，获得氧化石墨烯;
A2：将步骤A1中制备的1000mg氧化石墨烯分散到800mL无水乙醇中，超声处理分散均匀后，通入160mL氟化氢气体，在4℃下反应5h，去离子水洗涤pH至中性，70℃干燥20h，获得氟化改性氧化石墨烯;
硅烷改性纳米二氧化硅的具体制备步骤如下：
B1：将10g纳米二氧化硅加入到480mL无水乙醇中，150W超声分散处理50min，获得纳米二氧化硅分散液;将1g γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇中，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加0.55mL去离子水和0.045mL醋酸，250rpm搅拌反应20min，获得偶联剂溶液;
B2：将步骤B1中制备的12mL偶联剂溶液缓慢加入到步骤B1中制备的450mL纳米二氧化硅分散液中，室温下以400rpm转速搅拌反应12h后，离心，去离子水重复洗涤5次，70℃真空干燥20h，获得硅烷改性纳米二氧化硅;
改性碳化硅纤维的具体制备步骤如下：
C1：将4.5g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到300mL去离子水中，搅拌混合均匀，调节pH至4.5，获得浓度1.5wt%的偶联剂溶液;将5g碳化硅纤维浸泡到230mL偶联剂溶液中，搅拌处理50min;
C2：将步骤C1中处理后的碳化硅纤维离心，洗涤，过滤，在110℃下干燥12h，然后再在140℃下热处理10h，冷却至室温，获得改性碳化硅纤维;
聚四氟乙烯材料的具体制备步骤如下：
Ⅰ：将铝粉在70°C下烘干1.5h，然后在350°C加热处理1.5h，自然冷却至室温，获得预处理铝粉;
Ⅱ：将聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纤维、硅烷改性纳米二氧化硅、三(2,4-二叔丁基苯基)磷酸酯、十二烷基苯磺酸钠和预处理铝粉依次加入到球磨机中，将聚苯硫醚、聚酰亚胺分三批次加入球磨机中，在250rpm下混合50min;
Ⅲ：将步骤Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加热至180℃，施加压力14MPa，保持8min，常温下自然冷却至室温，然后再在240℃固化1.5h，获得聚四氟乙烯材料。
[0021]实施例3：一种耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料，其组成包括以下按重量份的原料：55份聚四氟乙烯、10份氟化改性氧化石墨烯、5份铝粉、8份改性碳化硅纤维、5份硅烷改性纳米二氧化硅、3份聚苯硫醚、3份聚酰亚胺、0.8份分散剂和1份抗氧化剂。
[0022]氟化改性氧化石墨烯的具体制备步骤如下：
A1：将5g石墨粉加入到烧瓶中，缓慢加入125mL浓硫酸和15mL浓磷酸，控制温度5℃，搅拌分散均匀，提升温度至10℃，然后缓慢加入15g高锰酸钾，加入完成后，提升温度至40℃，搅拌反应12h后，缓慢加入500mL去离子水稀释，然后加入20mL过氧化氢，离心，去离子水和1M HCl溶液重复洗涤3次，60℃真空干燥24h，获得氧化石墨烯;
A2：将步骤A1中制备的1000mg氧化石墨烯分散到400mL无水乙醇中，超声处理分散均匀后，通入200mL氟化氢气体，在5℃下反应3h，去离子水洗涤pH至中性，80℃干燥12h，获得氟化改性氧化石墨烯;
硅烷改性纳米二氧化硅的具体制备步骤如下：
B1：将10g纳米二氧化硅加入到500mL无水乙醇中，200W超声分散处理30min，获得纳米二氧化硅分散液;将1g γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到20mL无水乙醇中，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加0.6mL去离子水和0.05mL醋酸，300rpm搅拌反应10min，获得偶联剂溶液;
B2：将步骤B1中制备的15mL偶联剂溶液缓慢加入到步骤B1中制备的500mL纳米二氧化硅分散液中，室温下以500rpm转速搅拌反应12h后，离心，去离子水重复洗涤5次，80℃真空干燥12h，获得硅烷改性纳米二氧化硅;
改性碳化硅纤维的具体制备步骤如下：
C1：将6g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到300mL去离子水中，搅拌混合均匀，调节pH至4，获得浓度2wt%的偶联剂溶液;将5g碳化硅纤维浸泡到250mL偶联剂溶液中，搅拌处理60min;
C2：将步骤C1中处理后的碳化硅纤维离心，洗涤，过滤，在120℃下干燥12h，然后再在150℃下热处理8h，冷却至室温，获得改性碳化硅纤维;
聚四氟乙烯材料的具体制备步骤如下：
Ⅰ：将铝粉在80°C下烘干1h，然后在400°C加热处理1h，自然冷却至室温，获得预处理铝粉;
Ⅱ：将聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纤维、硅烷改性纳米二氧化硅、2,6-二叔丁基苯酚、聚丙烯酸和预处理铝粉依次加入到球磨机中，将聚苯硫醚、聚酰亚胺分三批次加入球磨机中，在300rpm下混合30min;
Ⅲ：将步骤Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加热至200℃，施加压力15MPa，保持5min，常温下自然冷却至室温，然后再在250℃固化1h，获得聚四氟乙烯材料。
[0023]对比例1：对比例1与实施例2的操作基本相同，区别在于，对比例1中使用氧化石墨烯替换氟化改性氧化石墨烯。
[0024]对比例2：对比例2与实施例2的操作基本相同，区别在于，对比例2中没有添加碳化硅纤维。
[0025]对比例3：对比例3与实施例2的操作基本相同，区别在于，对比例3中使用纳米二氧化硅替换改性纳米二氧化硅。
[0026]对比例4：对比例4与实施例2的操作基本相同，区别在于，对比例4中没有添加氟化改性氧化石墨烯。
[0027]性能测试：
机械强度测试：利用万能材料试验机对实施例1～3和对比例1～4制备的聚四氟乙烯材料样品进行拉伸强度，弯曲强度及压缩强度测试，设置未填充聚四氟乙烯材料为对照组，结果如下表1所示。
[0028]表1.聚四氟乙烯材料的机械强度测试结果
[0029]由表1结果可知，本发明制备的聚四氟乙烯材料具有极好的机械强度性能;由对比例1和实施例2的结果可知，氧化石墨烯缺少氟化改性引入的氟原子，导致其与PTFE的界面结合力较弱，虽然氧化石墨烯仍能提供一定的增强效果，但其导热性和界面结合力弱于氟化改性氧化石墨烯，这可能导致了其在拉伸强度、弯曲强度和压缩强度上受到一定程度影响;由对比例2和实施例2的结果可知，尽管其他填料提供了一些增强作用，但缺乏纤维结构的增强效应，材料的整体机械强度仍然受到明显影响，由对比例3和实施例2的结果可知，未改性纳米二氧化硅的界面结合力较弱，且在填料的分散性和力学性能提升较差，进而可能导致材料的抗冲击和抗弯曲的性能较差;由对比例4和实施例2的结果可知，氟化改性氧化石墨烯的缺失会影响复合材料的界面结合力和机械强度，进而导致材料的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度相对降低。
[0030]耐腐蚀性测试：将实施例2和对比例1～4制备的聚四氟乙烯材料样品浸泡在98wt%浓硫酸溶液和40wt% NaOH溶液中30天，设置温度80℃，分别在第3天、第7天、第14天和第30天的时候测试拉伸强度变化百分比，结果如图1和图2所示，并记录样品外观变化，结果如表2和表3所示。
[0031]表2.聚四氟乙烯材料在98wt%浓硫酸溶液中的外观变化结果
[0032]表3.聚四氟乙烯材料在40wt% NaOH溶液中的外观变化结果
[0033]由图1、图2、表2和表3的结果可知，本发明制备的聚四氟乙烯材料在强酸和强碱浸泡测试中未发生明显的性能和外观退化，表现出较好的耐腐蚀性能;由对比例1和实施例2的结果可知，对比例1在酸性条件下拉伸强度的变化显著，这可能是由于氧化石墨烯未经过氟化改性，界面结合力较弱，导致其易受到酸性溶液的侵蚀，进而在酸性环境中发生氧化，导致材料的拉伸强度迅速下降，以及外观出现明显的剥离现象;由对比例2和实施例2的结果可知，缺乏碳化硅纤维的增强作用，材料在强酸和强碱浸泡中的裂纹扩展和结构损伤明显，进而导致拉伸强度下降明显，同时出现裂纹和局部剥离现象;由对比例3和实施例2的结果可知，纳米二氧化硅的表面未经过改性，对材料的界面结合力产生影响，导致其在酸性环境中出现明显的褪色和轻微裂纹现象，同时导致拉伸强度下降;由对比例4和实施例2的结果可知，缺乏氟化改性氧化石墨烯的协同增强作用，导致材料的界面结合力相对较弱，进而导致拉伸强度下降，材料表面出现裂纹和剥落现象。
[0034]高温老化测试：将实施例2和对比例1～4制备的聚四氟乙烯材料样品暴露于300℃下，测试300h，分别在50h、100h、200h和300h时取样测试其拉伸强度变化百分比，结果如图3所示，同时检查其老化现象，结果如表4所示。
[0035]表4.聚四氟乙烯材料样品高温老化测试结果
[0036]由图3和表4的结果可知，本发明制备的聚四氟乙烯在高温下未发生明显变形，且拉伸强度变化较小，具有极好的耐热性能;由对比例1和实施例2的结果可知，氧化石墨烯的表面含有较多的氧基团，这影响其与PTFE的结合力，并且在高温下，氧化石墨烯的稳定性较差，进而其容易导致复合材料表面出现裂纹、变色等现象;由对比例2和实施例2的结果可知，缺少碳化硅纤维的增强，复合材料在高温下的强度和稳定性较差，容易发生形变和裂纹;由对比例3和实施例2的结果可知，未改性纳米二氧化硅的分散性较差，这可能导致复合材料在高温下的表面不均匀，特别是高温下导致了材料表面产生裂纹、局部翘曲等现象;由对比例4和实施例2的结果可知，由于缺乏氟化改性氧化石墨烯的协同增强作用，这导致材料的界面结合力相对较弱，进而导致高温下的龟裂脱层现象明显。
[0037]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
说明书附图(3)
声明：
“耐高温防腐蚀聚四氟乙烯材料及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：广东省恩齐尼迩特种塑料股份有限公司
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2025年03月21日 ~ 23日 
