本发明属于膜材料领域，具体涉及一种抗静电聚四氟乙烯薄膜及其制备方法与应用。
背景技术：
：聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)俗称“塑料王”，是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物，是一种类似于pe的透明或不透明的蜡状物，其密度为2.29/cm3，吸水率小于0.01％。由普兰凯特(plankett)博士于1938年发明并由dupont公司于1950年正式投入工业化生产。聚四氟乙烯具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力，目前已成为制作薄膜的重要材料之一，用途涉及航空航天、石油化工、机械、电子、建筑、轻纺等工业部门，成为解决许多关键技术和提高生产技术水平不可或缺的材料。聚四氟乙烯作为典型的高介电性高分子材料，电阻率高。但由于聚四氟乙烯的分子结构和其优异的电绝缘性能，使聚四氟乙烯薄膜在干燥的空气中易产生静电累积，造成薄膜粘附，并可能导致发生安全事故。因此，减小聚四氟乙烯的表面电阻率，增加其抗静电性，提高作为包装薄膜、自润滑材料等的使用性能，成为对聚四氟乙烯材料进行改性、并拓展其应用领域的重要技术手段。无机填料的应用可实现降低材料表面电阻率的效应，如石墨粉、碳纤维、碳粉等。但由于无机填料与聚四氟乙烯基体的界面相容性往往较差，无机材料较易发生自团聚，因而，要获得较低的表面电阻率，无机填料的含量往往需很高。过高的无机填料含量往往会导致材料强度、韧性和耐磨性的下降。此外，聚四氟乙烯薄膜弹性硬度比较低，其质地比较软，承载能力比较差，容易产生形变；导热性能非常低，导致的负面作用是变形膨胀，开裂等等，影响了正常使用。技术实现要素：为了克服现有技术的不足与缺点，本发明的首要目的在于提供一种抗静电聚四氟乙烯薄膜。本发明的另一目的在于提供上述抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法。本发明的再一目的在于提供上述抗静电聚四氟乙烯薄膜的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种抗静电聚四氟乙烯薄膜，由如下按质量份计的原料组分制备得到：所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜，优选由如下按质量份计的原料组分制备得到：所述的纳米二氧化钛的粒径优选为10～100nm；所述的纳米二氧化钛的粒径进一步优选为20～40nm；所述的纳米氧化锌的粒径优选为50～100nm；所述的纳米氧化锌的粒径进一步优选为60～80nm；所述的硅烷偶联剂优选为kh570、kh550和kh560的混合物；所述的kh570、kh550和kh560的质量比优选为2:1:0.5；所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将纳米二氧化钛、纳米氧化锌与乙醇水溶液混合，50～70℃超声处理10～20min，调节反应体系ph为8～10；然后加入硅烷偶联剂，80～90℃搅拌反应1～3h，反应产物除杂，干燥，得到改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物；(2)将步骤(1)制得的改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物与其他原料组分混合，然后预压成型、高温烧结、切削、压延拉伸，得到抗静电聚四氟乙烯薄膜；步骤(1)中所述的乙醇水溶液中乙醇的含量为50～80％v/v；步骤(1)中所述的除杂优选为抽滤、洗涤；步骤(1)中所述的干燥的条件优选为50～80℃真空干燥1～3h；步骤(2)中所述的高温烧结的条件优选为350～400℃烧结10～15h；步骤(2)中所述的拉伸倍数优选为3～8倍，拉伸温度优选为200～300℃；所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜在膜材料领域中的应用；本发明的原理：首先，本发明在现有技术的基础上，以聚四氟乙烯为主料，并配合加入低含量的高分子永久型抗静电剂聚环氧乙烷、导电填料型抗静电剂纳米二氧化钛和纳米氧化锌以及表面活性剂型抗静电剂硬脂酸聚乙二醇脂，其中，高分子永久型抗静电剂的抗静电效果持久，对空气相对湿度的依赖性小；导电填料型抗静电剂本身具有导电性(电阻率＜106ωm)，因此能很容易达到静电防护范围，同时导电填料完全不依靠环境湿度；表面活性剂型抗静电剂具有较长的亲油基，与树脂有良好的相容性。本发明通过科学复配，使三者之间具有良好的配合性和协同性，使得三者优点相互集中、缺点相互克服，从而开发出静电防护性能优异、抗静电体系发挥持久有效的聚四氟乙烯薄膜。第二，由于无机填料与ptfe基体的界面相容性往往较差，无机材料较易发生自团聚，因而，要获得较低的表面电阻率，无机填料的含量往往需很高。过高的无机填料含量往往会导致材料强度、韧性和耐磨性的下降，本发明在现有技术的基础上，加入高分子永久型抗静电剂，同时对导电填料型抗静电剂纳米二氧化钛和纳米氧化锌进行改性，有效的改善各填料在聚四氟乙烯中的分散性，且改性后的填料由原来的富含羟基的亲水性表面变成含有有机官能团的亲油性表面，大大增强了其疏水性，最终制得的聚四氟乙烯薄膜疏水性良好。第三，纳米二氧化钛、纳米氧化锌、硬脂酸聚乙二醇脂、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷的加入，显著提高了薄膜的耐磨性，克服了单纯的聚四氟乙烯耐磨性欠佳的缺陷，综合改善了聚四氟乙烯薄膜的耐拉伸性能，延长了聚四氟乙烯薄膜的使用寿命。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本发明制得的抗静电聚四氟乙烯薄膜抗静电性能优异、抗静电体系发挥持久有效，电阻率长期保持稳定，不同空气相对湿度条件下电阻率无明显变化(2)本发明制得的抗静电聚四氟乙烯薄膜疏水性良好。(3)本发明制得的抗静电聚四氟乙烯薄膜具有耐高温，耐磨损，高强度，使用寿命长等优点，力学性能等不受任何影响。(4)本发明成本低、制备方法简单、操作方便，适合工业化生产。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中的聚环氧乙烷(平均分子量100000)购自上海甄准生物科技有限公司；聚酰亚胺购自长春高琦聚酰亚胺材料有限公司，牌号hi-p；实施例1一种抗静电聚四氟乙烯薄膜，由如下按质量份计的原料组分制备得到：所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将5质量份的纳米二氧化钛、1.6质量份的纳米氧化锌与25质量份的乙醇水溶液(乙醇的体积分数为70％)混合，60℃超声处理18min，调节反应体系ph为9；然后加入0.3质量份的硅烷偶联剂(kh570、kh550和kh560质量比2:1:0.5)，85℃搅拌反应2h，反应产物抽滤、洗涤，60℃真空干燥2h，得到改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物；(2)将步骤(1)制得的改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物与其他原料组分(150质量份的聚四氟乙烯、4质量份的聚环氧乙烷、2.5质量份的硬脂酸聚乙二醇脂、3质量份的聚酰亚胺、0.6质量份的聚二甲基硅氧烷)混合，然后采用真空自动加料机进行加料，压制主坯；(3)将步骤(2)中压制后的主坯385℃高温烧结12h；(4)将步骤(3)中烧结后的主坯采用切削设备进行切削，切削厚度公差控制到±2％；(5)切削后进行压延及双向快速拉伸(拉伸倍数为6倍，拉伸温度为250℃)，得到抗静电聚四氟乙烯薄膜。实施例2一种抗静电聚四氟乙烯薄膜，由如下按质量份计的原料组分制备得到：所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将4质量份的纳米二氧化钛、2质量份的纳米氧化锌与20质量份的乙醇水溶液(乙醇的体积分数为50％)混合，50℃超声处理20min，调节反应体系ph为8；然后加入0.1质量份的硅烷偶联剂(kh570、kh550和kh560质量比2:1:0.5)，80℃搅拌反应3h，反应产物抽滤、洗涤，50℃真空干燥3h，得到改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物；(2)将步骤(1)制得的改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物与其他原料组分(100质量份的聚四氟乙烯、3质量份的聚环氧乙烷、4质量份的硬脂酸聚乙二醇脂、2质量份的聚酰亚胺、0.5质量份的聚二甲基硅氧烷)混合，然后采用真空自动加料机进行加料，压制主坯；(3)将步骤(2)中压制后的主坯350℃高温烧结15h；(4)将步骤(3)中烧结后的主坯采用切削设备进行切削，切削厚度公差控制到±2％；(5)切削后进行压延及双向快速拉伸(拉伸倍数为3倍，拉伸温度为200℃)，得到抗静电聚四氟乙烯薄膜。实施例3一种抗静电聚四氟乙烯薄膜，由如下按质量份计的原料组分制备得到：所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将6质量份的纳米二氧化钛、1质量份的纳米氧化锌与30质量份的乙醇水溶液(乙醇的体积分数为80％)混合，70℃超声处理10min，调节反应体系ph为10；然后加入0.5质量份的硅烷偶联剂(kh-570、kh550和kh560质量比2:1:0.5)，90℃搅拌反应1h，反应产物抽滤、洗涤，80℃真空干燥1h，得到改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物；(2)将步骤(1)制得的改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物与其他原料组分(200质量份的聚四氟乙烯、5质量份的聚环氧乙烷、2质量份的硬脂酸聚乙二醇脂、4质量份的聚酰亚胺、0.8质量份的聚二甲基硅氧烷)混合，然后采用真空自动加料机进行加料，压制主坯；(3)将步骤(2)中压制后的主坯400℃高温烧结10h；(4)将步骤(3)中烧结后的主坯采用切削设备进行切削，切削厚度公差控制到±2％；(5)切削后进行压延及双向快速拉伸(拉伸倍数为8倍，拉伸温度为300℃)，得到抗静电聚四氟乙烯薄膜。对比实施例1一种抗静电聚四氟乙烯薄膜，由如下按质量份计的原料组分制备得到：所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将5质量份的纳米二氧化钛、1.6质量份的纳米氧化锌与25质量份的乙醇水溶液(乙醇的体积分数为70％)混合，60℃超声处理18min，调节反应体系ph为9；然后加入0.3质量份的硅烷偶联剂(kh-570、kh550和kh560质量比2:1:0.5)，85℃搅拌反应2h，反应产物抽滤、洗涤，60℃真空干燥2h，得到改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物；(2)将步骤(1)制得的改性纳米二氧化钛-氧化锌混合物与其他原料组分(150质量份的聚四氟乙烯、3质量份的聚酰亚胺、0.6质量份的聚二甲基硅氧烷)混合，然后采用真空自动加料机进行加料，压制主坯；(3)将步骤(2)中压制后的主坯385℃高温烧结12h；(4)将步骤(3)中烧结后的主坯采用切削设备进行切削，切削厚度公差控制到±2％；(5)切削后进行压延及双向快速拉伸(拉伸倍数为6倍，拉伸温度为250℃)，得到抗静电聚四氟乙烯薄膜。对比实施例2一种抗静电聚四氟乙烯薄膜，由如下按质量份计的原料组分制备得到：聚四氟乙烯150份；纳米二氧化钛(平均粒径30nm)5份；纳米氧化锌(平均粒径70nm)1.6份；所述的抗静电聚四氟乙烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：(1)将150质量份的聚四氟乙烯、5质量份的纳米二氧化钛和1.6质量份的纳米氧化锌混合，然后采用真空自动加料机进行加料，压制主坯；(2)将步骤(1)中压制后的主坯385℃高温烧结12h；(3)将步骤(2)中烧结后的主坯采用切削设备进行切削，切削厚度公差控制到±2％；(4)切削后进行压延及双向快速拉伸(拉伸倍数为6倍，拉伸温度为250℃)，得到抗静电聚四氟乙烯薄膜。效果实施例检测实施例1～3以及对比实施例1～2制得的聚四氟乙烯薄膜的纵向拉伸强度、断裂伸长率、表面电阻等，结果如表1所示：表1实施例1～3以及对比实施例1～2制得的聚四氟乙烯薄膜性能评价拉伸强度断裂伸长率表面电阻实施例119.3mpa175％5.66×106ω实施例218.5mpa153％1.53×107ω实施例317.9mpa167％3.09×107ω对比实施例116.3mpa150％9.43×109ω对比实施例215.4mpa103％4.11×1011ω如表1所示，与对比实施例1～2相比，实施例1～3制得的抗静电聚四氟乙烯薄膜的拉伸性能、断裂伸长率更优异，表面电阻更低，说明其抗静电性能得到显著改善。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12