權(quán)利要求

1.一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，其組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份鋁粉、5～8份改性碳化硅纖維、3～5份硅烷改性納米二氧化硅、2～3份聚苯硫醚、2～3份聚酰亞胺、0.3～0.5份分散劑和0.5～1份抗氧化劑;

所述改性碳化硅纖維的具體制備步驟如下：

C1：將3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到去離子水中，攪拌混合均勻，調(diào)節(jié)pH，獲得偶聯(lián)劑溶液;將碳化硅纖維浸泡到偶聯(lián)劑溶液中，攪拌處理;

C2：將步驟C1中處理后的碳化硅纖維離心，洗滌，過(guò)濾，在較低溫度下干燥，然后再提高溫度熱處理，冷卻至室溫，獲得改性碳化硅纖維;

步驟C1中，所述碳化硅纖維和偶聯(lián)劑溶液的用量之比為1g:30～50mL。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述分散劑是聚乙烯醇、聚丙烯酸和十二烷基苯磺酸鈉中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述抗氧化劑是叔丁基對(duì)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種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述氟化改性氧化石墨烯的具體制備步驟如下：

A1：將石墨粉加入到燒瓶中，緩慢加入濃硫酸和濃磷酸，控制溫度，攪拌分散均勻，提升溫度，然后緩慢加入高錳酸鉀，加入完成后，提升溫度，攪拌反應(yīng)，緩慢加入去離子水稀釋，然后加入過(guò)氧化氫，離心，去離子水和HCl溶液重復(fù)洗滌，真空干燥，獲得氧化石墨烯;

A2：將步驟A1中制備的氧化石墨烯分散到無(wú)水乙醇中，超聲處理分散均勻后，通入氟化氫氣體，反應(yīng)，去離子水洗滌pH至中性，干燥，獲得氟化改性氧化石墨烯。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，步驟A1中，所述石墨粉、濃硫酸和濃磷酸的用量之比為1g:20～25mL:2～3mL;所述高錳酸鉀、去離子水、過(guò)氧化氫和石墨粉的用量之比為3g:80～100mL:3～4mL:1g。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，步驟A2中，所述氧化石墨烯和無(wú)水乙醇的用量之比為2～5mg:2mL;所述氟化氫氣體和氧化石墨烯的用量之比為100～200mL:1g。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，所述硅烷改性納米二氧化硅的具體制備步驟如下：

B1：將納米二氧化硅加入到無(wú)水乙醇中，超聲分散處理，獲得納米二氧化硅分散液;將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到無(wú)水乙醇中，攪拌混合均勻，然后緩慢滴加去離子水和醋酸，攪拌反應(yīng)，獲得偶聯(lián)劑溶液;

B2：將步驟B1中制備的偶聯(lián)劑溶液緩慢加入到步驟B1中制備的納米二氧化硅分散液中，室溫下攪拌反應(yīng)，離心，去離子水重復(fù)洗滌，真空干燥，獲得硅烷改性納米二氧化硅。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，步驟B1中，所述納米二氧化硅和無(wú)水乙醇的用量之比為1g:40～50mL;所述γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、無(wú)水乙醇、去離子水和醋酸的用量之比為1g:15～20mL:0.5～0.6mL:0.04～0.05mL。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其特征在于，步驟B2中，所述偶聯(lián)劑溶液和納米二氧化硅分散液的體積用量之比為0.02～0.03:1。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料的制備方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯材料的具體制備步驟如下：

Ⅰ：將鋁粉在60～80°C下烘干1～2h，然后在300～400°C加熱處理1～2h，自然冷卻至室溫，獲得預(yù)處理鋁粉;

Ⅱ：將聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纖維、硅烷改性納米二氧化硅、抗氧化劑、分散劑和預(yù)處理鋁粉依次加入到球磨機(jī)中，將聚苯硫醚、聚酰亞胺分三批次加入球磨機(jī)中，在200～300rpm下混合30～60min;

Ⅲ：將步驟Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加熱至150～200℃，施加壓力10～15MPa，保持5～10min，常溫下自然冷卻至室溫，然后再在200～250℃固化1～2h，獲得聚四氟乙烯材料。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于高分子塑料材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料及其制備方法。

背景技術(shù)

[0002]聚四氟乙烯(PTFE，Poly Tetra Fluoro Ethylene)是一種由四氟乙烯聚合而成的高分子化合物，屬于含氟聚合物家族。因其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的性能，PTFE被廣泛應(yīng)用于化工、電子、電氣和醫(yī)藥等領(lǐng)域，尤其是在需要耐高溫、耐腐蝕的苛刻環(huán)境中表現(xiàn)出色。PTFE的外觀通常為白色蠟狀固體，具有極低的摩擦系數(shù)、極高的抗粘附性，以及極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，PTFE的熔點(diǎn)約為327°C，并能在-200°C到260°C的廣闊溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，在高溫下仍能保持良好的機(jī)械性能。其表面能極低，能夠抵抗幾乎所有的化學(xué)試劑，包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑，PTFE表面非常光滑，摩擦系數(shù)極低，適合流體輸送管道應(yīng)用，PTFE無(wú)毒無(wú)害，適合醫(yī)療和制藥環(huán)境使用。在制藥行業(yè)中，藥液的輸送對(duì)于確保藥品的質(zhì)量至關(guān)重要，傳統(tǒng)的藥液輸送管道材料如不銹鋼雖然具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性，但在某些特定條件下仍存在一些局限性;雖然不銹鋼對(duì)多數(shù)化學(xué)物質(zhì)具有良好的抗腐蝕性，但對(duì)于某些強(qiáng)酸強(qiáng)堿或特殊有機(jī)溶劑，不銹鋼可能會(huì)遭受腐蝕，影響藥液的純度和安全性;且不銹鋼管道在使用后需要徹底清洗和消毒，以防止交叉污染，耗時(shí)費(fèi)力;此外，對(duì)于某些難以清洗的殘留物，不銹鋼可能無(wú)法達(dá)到完全清除的效果。因此，聚四氟乙烯管道開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于藥液輸送中，尤其是在高腐蝕性、高純度液體的運(yùn)輸場(chǎng)景中。然而，現(xiàn)有技術(shù)在將聚四氟乙烯應(yīng)用于藥液輸送管道材料時(shí)，仍然存在以下主要缺陷，雖然PTFE具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能，但其機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較低;PTFE的熱膨脹系數(shù)較大，在溫度劇烈變化時(shí)容易導(dǎo)致管道變形或連接部位松動(dòng)，影響管道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性;PTFE材料在長(zhǎng)期使用中，尤其是在高溫和紫外線環(huán)境下，可能會(huì)出現(xiàn)表面老化現(xiàn)象，影響其使用壽命，因此，針對(duì)上述問(wèn)題，研發(fā)一種能夠有效耐高溫，防腐蝕且長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的聚四氟乙烯材料是極其有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料及其制備方法。

[0004]本發(fā)明所述的技術(shù)效果通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其組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份鋁粉、5～8份改性碳化硅纖維、3～5份硅烷改性納米二氧化硅、2～3份聚苯硫醚、2～3份聚酰亞胺、0.3～0.5份分散劑和0.5～1份抗氧化劑。

[0005]優(yōu)選地，所述分散劑是聚乙烯醇、聚丙烯酸和十二烷基苯磺酸鈉中的任意一種。

[0006]優(yōu)選地，所述抗氧化劑是叔丁基對(duì)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種。

[0007]優(yōu)選地，所述氟化改性氧化石墨烯的具體制備步驟如下：

A1：將石墨粉加入到燒瓶中，緩慢加入濃硫酸和濃磷酸，控制溫度0～5℃，攪拌分散均勻，提升溫度至10℃，然后緩慢加入高錳酸鉀，加入完成后，提升溫度至35～40℃，攪拌反應(yīng)12～24h后，緩慢加入去離子水稀釋，然后加入過(guò)氧化氫，離心，去離子水和1M HCl溶液重復(fù)洗滌3次，60℃真空干燥12～24h，獲得氧化石墨烯;

A2：將步驟A1中制備的氧化石墨烯分散到無(wú)水乙醇中，超聲處理分散均勻后，通入氟化氫氣體，在0～5℃下反應(yīng)3～6h，去離子水洗滌pH至中性，60～80℃干燥12～24h，獲得氟化改性氧化石墨烯;

優(yōu)選地，步驟A1中，所述石墨粉、濃硫酸和濃磷酸的用量之比為1g:20～25mL:2～3mL;所述高錳酸鉀、去離子水、過(guò)氧化氫和石墨粉的用量之比為3g:80～100mL:3～4mL:1g;

優(yōu)選地，步驟A2中，所述氧化石墨烯和無(wú)水乙醇的用量之比為2～5mg:2mL;所述氟化氫氣體和氧化石墨烯的用量之比為100～200mL:1g。

[0008]優(yōu)選地，所述硅烷改性納米二氧化硅的具體制備步驟如下：

B1：將納米二氧化硅加入到無(wú)水乙醇中，100～200W超聲分散處理30～60min，獲得納米二氧化硅分散液;將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到無(wú)水乙醇中，攪拌混合均勻，然后緩慢滴加去離子水和醋酸，200～300rpm攪拌反應(yīng)10～30min，獲得偶聯(lián)劑溶液;

B2：將步驟B1中制備的偶聯(lián)劑溶液緩慢加入到步驟B1中制備的納米二氧化硅分散液中，室溫下以300～500rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)12h后，離心，去離子水重復(fù)洗滌5次，60～80℃真空干燥12～24h，獲得硅烷改性納米二氧化硅;

優(yōu)選地，步驟B1中，所述納米二氧化硅和無(wú)水乙醇的用量之比為1g:40～50mL;所述γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、無(wú)水乙醇、去離子水和醋酸的用量之比為1g:15～20mL:0.5～0.6mL:0.04～0.05mL;

優(yōu)選地，步驟B2中，所述偶聯(lián)劑溶液和納米二氧化硅分散液的體積用量之比為0.02～0.03:1。

[0009]優(yōu)選地，所述改性碳化硅纖維的具體制備步驟如下：

C1：將3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到去離子水中，攪拌混合均勻，調(diào)節(jié)pH至4～5，獲得濃度1～2wt%的偶聯(lián)劑溶液;將碳化硅纖維浸泡到偶聯(lián)劑溶液中，攪拌處理30～60min;

C2：將步驟C1中處理后的碳化硅纖維離心，洗滌，過(guò)濾，在60～120℃下干燥12h，然后再在120～150℃下熱處理8～12h，冷卻至室溫，獲得改性碳化硅纖維;

優(yōu)選地，步驟C1中，所述碳化硅纖維和偶聯(lián)劑溶液的用量之比為1g:30～50mL。

[0010]優(yōu)選地，本發(fā)明的另一方面在于提供一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料的制備方法，具體制備步驟如下：

Ⅰ：將鋁粉在60～80°C下烘干1～2h，然后在300～400°C加熱處理1～2h，自然冷卻至室溫，獲得預(yù)處理鋁粉;

Ⅱ：將聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纖維、硅烷改性納米二氧化硅、抗氧化劑、分散劑和預(yù)處理鋁粉依次加入到球磨機(jī)中，將聚苯硫醚、聚酰亞胺分三批次加入球磨機(jī)中，在200～300rpm下混合30～60min;

Ⅲ：將步驟Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加熱至150～200℃，施加壓力10～15MPa，保持5～10min，常溫下自然冷卻至室溫，然后再在200～250℃固化1～2h，獲得聚四氟乙烯材料。

[0011]本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過(guò)多種填料的協(xié)同作用顯著提升了聚四氟乙烯(PTFE)基復(fù)合材料的綜合性能，特別是在機(jī)械強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)路徑、增韌性和耐高溫耐腐蝕性方面的優(yōu)化。首先，氟化改性氧化石墨烯(FGO)通過(guò)引入氟原子顯著提高與PTFE基體的相容性，其表面氟原子與PTFE基體之間的非極性-非極性相互作用增強(qiáng)了界面結(jié)合力，從而提升了復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度。FGO本身具有較高的導(dǎo)熱性，能夠優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑，進(jìn)一步提升復(fù)合材料的耐高溫性能。碳化硅纖維在復(fù)合材料中構(gòu)建連續(xù)的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高材料的熱導(dǎo)率，其高強(qiáng)度和高模量則使復(fù)合材料在抗沖擊性能方面表現(xiàn)突出，特別是在高溫條件下，碳化硅纖維通過(guò)均勻分布和纖維結(jié)構(gòu)有效抑制裂紋擴(kuò)展，進(jìn)而顯著增強(qiáng)復(fù)合材料的耐高溫性能和抗沖擊能力;碳化硅纖維的增強(qiáng)效果，既源自其硬度帶來(lái)的耐磨性提升，也源自其作為結(jié)構(gòu)增強(qiáng)纖維，顯著改善了復(fù)合材料的抗裂性和機(jī)械穩(wěn)定性。鋁粉通過(guò)表面形成的氧化鋁保護(hù)膜為復(fù)合材料提供良好的耐腐蝕性，防止氧化并在高溫環(huán)境下維持穩(wěn)定。此外，鋁粉能夠有效分散復(fù)合材料中的應(yīng)力，從而減緩磨損，并在一定程度上提升耐磨性和抗沖擊性。雖然鋁粉本身硬度較低，但其分散應(yīng)力和改善材料韌性的特性，有助于提高復(fù)合材料的整體耐用性。

[0012]本發(fā)明利用硅烷改性納米二氧化硅通過(guò)增強(qiáng)填料與PTFE基體之間的界面結(jié)合力，改善填料的分散性，從而提升了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。雖然其硬度和強(qiáng)度本身貢獻(xiàn)有限，但在與碳化硅纖維協(xié)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學(xué)強(qiáng)度，尤其是在高溫條件下，增強(qiáng)了復(fù)合材料的整體性能.聚苯硫醚(PPS)和聚酰亞胺(PI)作為增韌劑，通過(guò)其分子鏈中的極性基團(tuán)與填料表面的功能基團(tuán)(FGO的氟基和硅烷改性二氧化硅的羥基)發(fā)生偶極-偶極相互作用，增強(qiáng)了界面結(jié)合力;PPS和PI的分子鏈能夠吸收由硬質(zhì)填料(碳化硅纖維)引起的應(yīng)力，從而有效緩解填料帶來(lái)的脆性問(wèn)題，提升復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和韌性，特別是在高溫環(huán)境下，PPS和PI的增韌作用有助于保持材料的優(yōu)良力學(xué)性能;此外，PPS和PI的熱膨脹系數(shù)與PTFE基體接近，有助于減少由于溫度變化引起的內(nèi)應(yīng)力集中，從而提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。

[0013]綜上所述，各填料的協(xié)同作用顯著提升了復(fù)合材料的綜合性能，氟化改性氧化石墨烯提升熱傳導(dǎo)性能和界面結(jié)合力，碳化硅纖維增強(qiáng)耐沖擊性和耐磨性，鋁粉通過(guò)表面保護(hù)膜提升耐腐蝕性和抗磨損能力;硅烷改性二氧化硅通過(guò)改善填料分散性，增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能，PPS和PI則通過(guò)分子鏈中的極性基團(tuán)與填料表面相互作用，改善界面強(qiáng)度，提升韌性和熱穩(wěn)定性;復(fù)合材料在各個(gè)性能方面的優(yōu)勢(shì)協(xié)同作用，克服了傳統(tǒng)PTFE基體的不足，確保了其在高溫和復(fù)雜化學(xué)環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說(shuō)明

[0014]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例2和對(duì)比例1～4制備的聚四氟乙烯材料的耐酸性測(cè)試結(jié)果圖;

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2和對(duì)比例1～4制備的聚四氟乙烯材料的耐堿性測(cè)試結(jié)果圖;

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2和對(duì)比例1～4制備的聚四氟乙烯材料的耐熱性測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例;基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說(shuō)明的是，無(wú)特殊說(shuō)明外，本發(fā)明中涉及到的原料均通過(guò)常規(guī)商業(yè)渠道購(gòu)買。

[0017]實(shí)施例1：一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其組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份鋁粉、5份改性碳化硅纖維、3份硅烷改性納米二氧化硅、2份聚苯硫醚、2份聚酰亞胺、0.5份分散劑和0.5份抗氧化劑。

[0018]氟化改性氧化石墨烯的具體制備步驟如下：

A1：將5g石墨粉加入到燒瓶中，緩慢加入100mL濃硫酸和10mL濃磷酸，控制溫度0℃，攪拌分散均勻，提升溫度至10℃，然后緩慢加入15g高錳酸鉀，加入完成后，提升溫度至35℃，攪拌反應(yīng)24h后，緩慢加入400mL去離子水稀釋，然后加入15mL過(guò)氧化氫，離心，去離子水和1M HCl溶液重復(fù)洗滌3次，60℃真空干燥12h，獲得氧化石墨烯;

A2：將步驟A1中制備的1000mg氧化石墨烯分散到1000mL無(wú)水乙醇中，超聲處理分散均勻后，通入100mL氟化氫氣體，在0℃下反應(yīng)3h，去離子水洗滌pH至中性，60℃干燥24h，獲得氟化改性氧化石墨烯;

硅烷改性納米二氧化硅的具體制備步驟如下：

B1：將10g納米二氧化硅加入到400mL無(wú)水乙醇中，100W超聲分散處理60min，獲得納米二氧化硅分散液;將1g γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到15mL無(wú)水乙醇中，攪拌混合均勻，然后緩慢滴加0.5mL去離子水和0.04mL醋酸，200rpm攪拌反應(yīng)30min，獲得偶聯(lián)劑溶液;

B2：將步驟B1中制備的8mL偶聯(lián)劑溶液緩慢加入到步驟B1中制備的400mL納米二氧化硅分散液中，室溫下以300rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)12h后，離心，去離子水重復(fù)洗滌5次，60℃真空干燥24h，獲得硅烷改性納米二氧化硅;

改性碳化硅纖維的具體制備步驟如下：

C1：將2g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到200mL去離子水中，攪拌混合均勻，調(diào)節(jié)pH至5，獲得濃度1wt%的偶聯(lián)劑溶液;將5g碳化硅纖維浸泡到150mL偶聯(lián)劑溶液中，攪拌處理30min;

C2：將步驟C1中處理后的碳化硅纖維離心，洗滌，過(guò)濾，在60℃下干燥12h，然后再在120℃下熱處理12h，冷卻至室溫，獲得改性碳化硅纖維;

聚四氟乙烯材料的具體制備步驟如下：

Ⅰ：將鋁粉在60°C下烘干2h，然后在300°C加熱處理2h，自然冷卻至室溫，獲得預(yù)處理鋁粉;

Ⅱ：將聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纖維、硅烷改性納米二氧化硅、叔丁基對(duì)苯二酚、聚乙烯醇和預(yù)處理鋁粉依次加入到球磨機(jī)中，將聚苯硫醚、聚酰亞胺分三批次加入球磨機(jī)中，在200rpm下混合60min;

Ⅲ：將步驟Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加熱至150℃，施加壓力10MPa，保持10min，常溫下自然冷卻至室溫，然后再在200℃固化2h，獲得聚四氟乙烯材料。

[0019]實(shí)施例2：一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其組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份鋁粉、7份改性碳化硅纖維、4份硅烷改性納米二氧化硅、2.5份聚苯硫醚、2.5份聚酰亞胺、0.6份分散劑和0.8份抗氧化劑。

[0020]氟化改性氧化石墨烯的具體制備步驟如下：

A1：將5g石墨粉加入到燒瓶中，緩慢加入120mL濃硫酸和12mL濃磷酸，控制溫度4℃，攪拌分散均勻，提升溫度至10℃，然后緩慢加入15g高錳酸鉀，加入完成后，提升溫度至38℃，攪拌反應(yīng)20h后，緩慢加入450mL去離子水稀釋，然后加入18mL過(guò)氧化氫，離心，去離子水和1M HCl溶液重復(fù)洗滌3次，60℃真空干燥20h，獲得氧化石墨烯;

A2：將步驟A1中制備的1000mg氧化石墨烯分散到800mL無(wú)水乙醇中，超聲處理分散均勻后，通入160mL氟化氫氣體，在4℃下反應(yīng)5h，去離子水洗滌pH至中性，70℃干燥20h，獲得氟化改性氧化石墨烯;

硅烷改性納米二氧化硅的具體制備步驟如下：

B1：將10g納米二氧化硅加入到480mL無(wú)水乙醇中，150W超聲分散處理50min，獲得納米二氧化硅分散液;將1g γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到無(wú)水乙醇中，攪拌混合均勻，然后緩慢滴加0.55mL去離子水和0.045mL醋酸，250rpm攪拌反應(yīng)20min，獲得偶聯(lián)劑溶液;

B2：將步驟B1中制備的12mL偶聯(lián)劑溶液緩慢加入到步驟B1中制備的450mL納米二氧化硅分散液中，室溫下以400rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)12h后，離心，去離子水重復(fù)洗滌5次，70℃真空干燥20h，獲得硅烷改性納米二氧化硅;

改性碳化硅纖維的具體制備步驟如下：

C1：將4.5g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到300mL去離子水中，攪拌混合均勻，調(diào)節(jié)pH至4.5，獲得濃度1.5wt%的偶聯(lián)劑溶液;將5g碳化硅纖維浸泡到230mL偶聯(lián)劑溶液中，攪拌處理50min;

C2：將步驟C1中處理后的碳化硅纖維離心，洗滌，過(guò)濾，在110℃下干燥12h，然后再在140℃下熱處理10h，冷卻至室溫，獲得改性碳化硅纖維;

聚四氟乙烯材料的具體制備步驟如下：

Ⅰ：將鋁粉在70°C下烘干1.5h，然后在350°C加熱處理1.5h，自然冷卻至室溫，獲得預(yù)處理鋁粉;

Ⅱ：將聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纖維、硅烷改性納米二氧化硅、三(2,4-二叔丁基苯基)磷酸酯、十二烷基苯磺酸鈉和預(yù)處理鋁粉依次加入到球磨機(jī)中，將聚苯硫醚、聚酰亞胺分三批次加入球磨機(jī)中，在250rpm下混合50min;

Ⅲ：將步驟Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加熱至180℃，施加壓力14MPa，保持8min，常溫下自然冷卻至室溫，然后再在240℃固化1.5h，獲得聚四氟乙烯材料。

[0021]實(shí)施例3：一種耐高溫防腐蝕聚四氟乙烯材料，其組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份鋁粉、8份改性碳化硅纖維、5份硅烷改性納米二氧化硅、3份聚苯硫醚、3份聚酰亞胺、0.8份分散劑和1份抗氧化劑。

[0022]氟化改性氧化石墨烯的具體制備步驟如下：

A1：將5g石墨粉加入到燒瓶中，緩慢加入125mL濃硫酸和15mL濃磷酸，控制溫度5℃，攪拌分散均勻，提升溫度至10℃，然后緩慢加入15g高錳酸鉀，加入完成后，提升溫度至40℃，攪拌反應(yīng)12h后，緩慢加入500mL去離子水稀釋，然后加入20mL過(guò)氧化氫，離心，去離子水和1M HCl溶液重復(fù)洗滌3次，60℃真空干燥24h，獲得氧化石墨烯;

A2：將步驟A1中制備的1000mg氧化石墨烯分散到400mL無(wú)水乙醇中，超聲處理分散均勻后，通入200mL氟化氫氣體，在5℃下反應(yīng)3h，去離子水洗滌pH至中性，80℃干燥12h，獲得氟化改性氧化石墨烯;

硅烷改性納米二氧化硅的具體制備步驟如下：

B1：將10g納米二氧化硅加入到500mL無(wú)水乙醇中，200W超聲分散處理30min，獲得納米二氧化硅分散液;將1g γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到20mL無(wú)水乙醇中，攪拌混合均勻，然后緩慢滴加0.6mL去離子水和0.05mL醋酸，300rpm攪拌反應(yīng)10min，獲得偶聯(lián)劑溶液;

B2：將步驟B1中制備的15mL偶聯(lián)劑溶液緩慢加入到步驟B1中制備的500mL納米二氧化硅分散液中，室溫下以500rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)12h后，離心，去離子水重復(fù)洗滌5次，80℃真空干燥12h，獲得硅烷改性納米二氧化硅;

改性碳化硅纖維的具體制備步驟如下：

C1：將6g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到300mL去離子水中，攪拌混合均勻，調(diào)節(jié)pH至4，獲得濃度2wt%的偶聯(lián)劑溶液;將5g碳化硅纖維浸泡到250mL偶聯(lián)劑溶液中，攪拌處理60min;

C2：將步驟C1中處理后的碳化硅纖維離心，洗滌，過(guò)濾，在120℃下干燥12h，然后再在150℃下熱處理8h，冷卻至室溫，獲得改性碳化硅纖維;

聚四氟乙烯材料的具體制備步驟如下：

Ⅰ：將鋁粉在80°C下烘干1h，然后在400°C加熱處理1h，自然冷卻至室溫，獲得預(yù)處理鋁粉;

Ⅱ：將聚四氟乙烯、氟化改性氧化石墨烯、改性碳化硅纖維、硅烷改性納米二氧化硅、2,6-二叔丁基苯酚、聚丙烯酸和預(yù)處理鋁粉依次加入到球磨機(jī)中，將聚苯硫醚、聚酰亞胺分三批次加入球磨機(jī)中，在300rpm下混合30min;

Ⅲ：將步驟Ⅱ中混合后的原料倒入模具中，加熱至200℃，施加壓力15MPa，保持5min，常溫下自然冷卻至室溫，然后再在250℃固化1h，獲得聚四氟乙烯材料。

[0023]對(duì)比例1：對(duì)比例1與實(shí)施例2的操作基本相同，區(qū)別在于，對(duì)比例1中使用氧化石墨烯替換氟化改性氧化石墨烯。

[0024]對(duì)比例2：對(duì)比例2與實(shí)施例2的操作基本相同，區(qū)別在于，對(duì)比例2中沒(méi)有添加碳化硅纖維。

[0025]對(duì)比例3：對(duì)比例3與實(shí)施例2的操作基本相同，區(qū)別在于，對(duì)比例3中使用納米二氧化硅替換改性納米二氧化硅。

[0026]對(duì)比例4：對(duì)比例4與實(shí)施例2的操作基本相同，區(qū)別在于，對(duì)比例4中沒(méi)有添加氟化改性氧化石墨烯。

[0027]性能測(cè)試：

機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試：利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)實(shí)施例1～3和對(duì)比例1～4制備的聚四氟乙烯材料樣品進(jìn)行拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度測(cè)試，設(shè)置未填充聚四氟乙烯材料為對(duì)照組，結(jié)果如下表1所示。

[0028]表1.聚四氟乙烯材料的機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

[0029]由表1結(jié)果可知，本發(fā)明制備的聚四氟乙烯材料具有極好的機(jī)械強(qiáng)度性能;由對(duì)比例1和實(shí)施例2的結(jié)果可知，氧化石墨烯缺少氟化改性引入的氟原子，導(dǎo)致其與PTFE的界面結(jié)合力較弱，雖然氧化石墨烯仍能提供一定的增強(qiáng)效果，但其導(dǎo)熱性和界面結(jié)合力弱于氟化改性氧化石墨烯，這可能導(dǎo)致了其在拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度上受到一定程度影響;由對(duì)比例2和實(shí)施例2的結(jié)果可知，盡管其他填料提供了一些增強(qiáng)作用，但缺乏纖維結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)效應(yīng)，材料的整體機(jī)械強(qiáng)度仍然受到明顯影響，由對(duì)比例3和實(shí)施例2的結(jié)果可知，未改性納米二氧化硅的界面結(jié)合力較弱，且在填料的分散性和力學(xué)性能提升較差，進(jìn)而可能導(dǎo)致材料的抗沖擊和抗彎曲的性能較差;由對(duì)比例4和實(shí)施例2的結(jié)果可知，氟化改性氧化石墨烯的缺失會(huì)影響復(fù)合材料的界面結(jié)合力和機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度相對(duì)降低。

[0030]耐腐蝕性測(cè)試：將實(shí)施例2和對(duì)比例1～4制備的聚四氟乙烯材料樣品浸泡在98wt%濃硫酸溶液和40wt% NaOH溶液中30天，設(shè)置溫度80℃，分別在第3天、第7天、第14天和第30天的時(shí)候測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度變化百分比，結(jié)果如圖1和圖2所示，并記錄樣品外觀變化，結(jié)果如表2和表3所示。

[0031]表2.聚四氟乙烯材料在98wt%濃硫酸溶液中的外觀變化結(jié)果

[0032]表3.聚四氟乙烯材料在40wt% NaOH溶液中的外觀變化結(jié)果

[0033]由圖1、圖2、表2和表3的結(jié)果可知，本發(fā)明制備的聚四氟乙烯材料在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿浸泡測(cè)試中未發(fā)生明顯的性能和外觀退化，表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能;由對(duì)比例1和實(shí)施例2的結(jié)果可知，對(duì)比例1在酸性條件下拉伸強(qiáng)度的變化顯著，這可能是由于氧化石墨烯未經(jīng)過(guò)氟化改性，界面結(jié)合力較弱，導(dǎo)致其易受到酸性溶液的侵蝕，進(jìn)而在酸性環(huán)境中發(fā)生氧化，導(dǎo)致材料的拉伸強(qiáng)度迅速下降，以及外觀出現(xiàn)明顯的剝離現(xiàn)象;由對(duì)比例2和實(shí)施例2的結(jié)果可知，缺乏碳化硅纖維的增強(qiáng)作用，材料在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿浸泡中的裂紋擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)損傷明顯，進(jìn)而導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降明顯，同時(shí)出現(xiàn)裂紋和局部剝離現(xiàn)象;由對(duì)比例3和實(shí)施例2的結(jié)果可知，納米二氧化硅的表面未經(jīng)過(guò)改性，對(duì)材料的界面結(jié)合力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其在酸性環(huán)境中出現(xiàn)明顯的褪色和輕微裂紋現(xiàn)象，同時(shí)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降;由對(duì)比例4和實(shí)施例2的結(jié)果可知，缺乏氟化改性氧化石墨烯的協(xié)同增強(qiáng)作用，導(dǎo)致材料的界面結(jié)合力相對(duì)較弱，進(jìn)而導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降，材料表面出現(xiàn)裂紋和剝落現(xiàn)象。

[0034]高溫老化測(cè)試：將實(shí)施例2和對(duì)比例1～4制備的聚四氟乙烯材料樣品暴露于300℃下，測(cè)試300h，分別在50h、100h、200h和300h時(shí)取樣測(cè)試其拉伸強(qiáng)度變化百分比，結(jié)果如圖3所示，同時(shí)檢查其老化現(xiàn)象，結(jié)果如表4所示。

[0035]表4.聚四氟乙烯材料樣品高溫老化測(cè)試結(jié)果

[0036]由圖3和表4的結(jié)果可知，本發(fā)明制備的聚四氟乙烯在高溫下未發(fā)生明顯變形，且拉伸強(qiáng)度變化較小，具有極好的耐熱性能;由對(duì)比例1和實(shí)施例2的結(jié)果可知，氧化石墨烯的表面含有較多的氧基團(tuán)，這影響其與PTFE的結(jié)合力，并且在高溫下，氧化石墨烯的穩(wěn)定性較差，進(jìn)而其容易導(dǎo)致復(fù)合材料表面出現(xiàn)裂紋、變色等現(xiàn)象;由對(duì)比例2和實(shí)施例2的結(jié)果可知，缺少碳化硅纖維的增強(qiáng)，復(fù)合材料在高溫下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生形變和裂紋;由對(duì)比例3和實(shí)施例2的結(jié)果可知，未改性納米二氧化硅的分散性較差，這可能導(dǎo)致復(fù)合材料在高溫下的表面不均勻，特別是高溫下導(dǎo)致了材料表面產(chǎn)生裂紋、局部翹曲等現(xiàn)象;由對(duì)比例4和實(shí)施例2的結(jié)果可知，由于缺乏氟化改性氧化石墨烯的協(xié)同增強(qiáng)作用，這導(dǎo)致材料的界面結(jié)合力相對(duì)較弱，進(jìn)而導(dǎo)致高溫下的龜裂脫層現(xiàn)象明顯。

[0037]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。

說(shuō)明書附圖(3)