一种聚四氟乙烯复合浆料及其制备方法和应用

1.本发明涉及复合浆料技术领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯复合浆料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.现代通信技术的发展推动了毫米波技术的商业化，但是，波长的减少使得需要对系统封装和集成方案进行额外的关注，3d打印技术能够选择性的沉积电子材料，介质和金属图案可以直接制造到几乎任何主机上，从而创造完全打印的、垂直集成的电子系统和封装，因而受到人们的关注。
3.目前3d打印常用的浆料为水和聚四氟乙烯树脂(粒径为几百微米)，由于聚四氟乙烯在水中的分散性和稳定性较差，为了提高其分散性和稳定性，通常需要加入分散剂和乳化剂等添加剂，但是这些添加剂在3d打印成型过程中会分解挥发而产生空洞，从而影响材料结构稳定性和介电性能。
4.因此，如何在不使用分散剂和乳化剂等添加剂的同时提高浆料的分散性和稳定性，得到适于3d打印的复合浆料成为现有技术的难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种聚四氟乙烯复合浆料及其制备方法和应用。本发明制备的复合浆料不包含添加剂，且能够满足墨水直写3d打印的要求。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种聚四氟乙烯复合浆料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将聚四氟乙烯和有机溶剂进行搅拌混合，得到预混合浆料；所述聚四氟乙烯的粒径为1～10μm；
9.(2)将所述步骤(1)得到的预混合浆料与增强材料混合，得到聚四氟乙烯复合浆料。
10.优选地，所述步骤(1)中聚四氟乙烯的粒径为3～8μm。
11.优选地，所述步骤(1)中的有机溶剂包括无水乙醇或石油醚。
12.优选地，所述步骤(1)中搅拌混合的时间为10～20min，搅拌混合的温度为20～30℃。
13.优选地，所述步骤(2)中的增强材料包括二氧化硅、玻纤或氮化硼。
14.优选地，所述步骤(2)中增强材料的粒径为5～10μm。
15.优选地，所述步骤(2)中增强材料与所述步骤(1)中聚四氟乙烯的质量比为(10～40)：100。
16.优选地，所述聚四氟乙烯复合浆料中聚四氟乙烯的质量含量为40～54％。
17.本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的聚四氟乙烯复合浆料。
18.本发明还提供了上述技术方案所述的聚四氟乙烯复合浆料在3d打印中的应用。
19.本发明提供了一种聚四氟乙烯复合浆料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚四氟乙烯和有机溶剂进行搅拌混合，得到预混合浆料；所述聚四氟乙烯的粒径为1～10μm；(2)将所述步骤(1)得到的预混合浆料与增强材料混合，得到聚四氟乙烯复合浆料。本发明采用聚四氟乙烯和有机溶剂进行搅拌混合制备预混合浆料，并控制聚四氟乙烯的粒径在1～10μm，在搅拌的剪切力作用下聚四氟乙烯产生纤颤行为，造成聚四氟乙烯分子散开形成相互连接的小纤维，再进一步形成絮网结构，增加了浆料的拉伸强度和整体流动的弹性性质，添加增强材料进一步提高复合浆料的粘度和稳定性，不用添加分散剂和乳化剂等添加剂就能够达到3d打印的要求，减少了添加剂对成型材料的结构和介电性能的影响。实施例的结果显示，本发明制备的复合浆料的粘度在2000mpa
·
s以上且放置5天不分层。
附图说明
20.图1为本发明实施例1～4制备的复合浆料的均匀性和稳定性图；
21.图2为本发明实施例1～4制备的复合浆料的粘度图。
具体实施方式
22.本发明提供了一种聚四氟乙烯复合浆料的制备方法，包括以下步骤：
23.(1)将聚四氟乙烯和有机溶剂进行搅拌混合，得到预混合浆料；所述聚四氟乙烯的粒径为1～10μm；
24.(2)将所述步骤(1)得到的预混合浆料与增强材料混合，得到聚四氟乙烯复合浆料。
25.如无特殊说明，本发明对所述各组分的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
26.在本发明中，所述聚四氟乙烯复合浆料中聚四氟乙烯的质量含量优选为40～54％，更优选为45～54％，最优选为50～54％。本发明将聚四氟乙烯的质量含量限定在上述范围内，能够使得复合浆料具有适宜的粘度和流变性，满足3d打印的需要。
27.本发明将聚四氟乙烯和有机溶剂进行搅拌混合，得到预混合浆料。
28.在本发明中，所述聚四氟乙烯的粒径为1～10μm，优选为3～8μm，更优选为5～6μm。本发明将聚四氟乙烯的粒径限定在上述范围内，能够使得其更容易发生纤颤并更容易分散，提高其稳定性，同时使得复合浆料具有适宜的粘度，又避免粒径过大不利于浆料在3d打印过程中的挤出。
29.在本发明中，所述有机溶剂优选包括无水乙醇或石油醚，更优选为无水乙醇。本发明将有机溶剂的种类限定在上述范围内，能够使得体系具有较为适宜的极性，更有利于聚四氟乙烯的分散和稳定。本发明对所述有机溶剂的用量没有特殊的限定，保证复合浆料中聚四氟乙烯的质量含量在上述范围内即可。
30.在本发明中，所述搅拌混合的时间优选为10～20min，更优选为10～15min；所述搅拌混合的温度优选为20～30℃，更优选为25℃。本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率即可。本发明将搅拌混合的温度和时间限定在上述范围内，能够使得聚四氟乙烯充分发生纤颤行为，进一步提高浆料的分散性和稳定性。
31.得到预混合浆料后，本发明将所述预混合浆料与增强材料混合，得到聚四氟乙烯
复合浆料。
32.在本发明中，所述增强材料优选包括二氧化硅、玻纤或氮化硼，更优选为二氧化硅。在本发明中，所述增强材料能够进一步提高复合浆料的粘度和稳定性，并具有较好的热稳定性，能够减少3d打印过程中浆料的膨胀性，提高打印材料的稳定性。
33.在本发明中，所述增强材料的粒径优选为5～10μm，更优选为6～9μm，最优选为7～8μm。本发明将增强材料的粒径限定在上述范围内，能够使得其更加均匀的分散在复合浆料中，同时使得复合浆料具有较好的介电性能。
34.在本发明中，所述增强材料与聚四氟乙烯的质量比优选为(10～40)：100，更优选为(15～35)：100，最优选为(20～30)：100。本发明将增强材料与聚四氟乙烯的质量比限定在上述范围内，能够进一步提高复合浆料的粘度和稳定性。
35.在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌优选为磁力搅拌，所述搅拌的温度优选为20～30℃，所述搅拌的时间优选为3～5h，更优选为4h。本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率即可。本发明将搅拌的温度和时间限定在上述范围内，能够使各组分混合的更加充分。
36.本发明采用聚四氟乙烯和有机溶剂进行搅拌混合制备预混合浆料，在搅拌的剪切力作用下聚四氟乙烯产生纤颤行为，造成聚四氟乙烯分子散开形成相互连接的小纤维，再进一步形成絮网结构，增加了浆料的拉伸强度和整体流动的弹性性质，添加增强材料并控制各组分的用量等工艺参数，进一步提高复合浆料的粘度和稳定性，不用添加分散剂和乳化剂等添加剂，减少了添加剂对成型材料的结构和介电性能的影响。
37.本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的聚四氟乙烯复合浆料。
38.本发明提供的聚四氟乙烯复合浆料具有较高的粘度和稳定性，能够满足3d打印的需要，且不含有添加剂，能够避免添加剂在3d打印过程中分解造成材料结构和介电性能的降低。
39.本发明还提供了上述技术方案所述的聚四氟乙烯复合浆料在3d打印中的应用。
40.本发明对所述聚四氟乙烯复合浆料在3d打印中的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的聚四氟乙烯复合浆料在3d打印中的应用的技术方案即可。
41.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
42.实施例1
43.(1)将5um的聚四氟乙烯ptfe干粉作为原料，以无水乙醇为分散液，通过搅拌器在25℃下搅拌10min使ptfe均匀的分散；
44.(2)将粒径为7um的sio2球加入到上述分散好的ptfe浆料中，sio2球与聚四氟乙烯干粉的质量比为10:100，利用磁力搅拌器将sio2与ptfe浆料充分搅拌至混合均匀，混合时间为4h，得到ptfe复合浆料，复合浆料中聚四氟乙烯的质量含量为52％。
45.实施例2
46.将实施例1步骤(2)中二氧化硅球与聚四氟乙烯干粉的质量比替换为20:100，其他参数均与实施例1相同。
47.实施例3
48.将实施例1步骤(2)中二氧化硅球与聚四氟乙烯干粉的质量比替换为30:100，其他参数均与实施例1相同。
49.实施例4
50.将实施例1步骤(2)中二氧化硅球与聚四氟乙烯干粉的质量比替换为40:100，其他参数均与实施例1相同。
51.将实施例1～4中的复合浆料放入量筒中，室温静置放置5天，观察复合浆料的均匀性和稳定性，结果如图1所示，其中从左到右依次为实施例1、实施例2、实施例3和实施例4。从图1中可以看出，本发明制备的复合浆料分散均匀，且放置5天后不会出现分层等变质现象，具有良好的稳定性。
52.利用ndj-8s数显粘度计测量实施例1～4制备的复合浆料的粘度，结果如图2所示。从图2中可以看出，本发明制备的复合浆料具有较高的粘度，且随转速增加而降低，符合剪切变稀的特性。
53.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。