聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性PTFE导电复合材料的制备

本发明属于聚四氟乙烯材料领域，特别涉及聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、聚四氟乙烯(ptfe)造粒料属于模压级悬浮料，造粒料直径0.2mm-1.0mm之间，是由粉料完成造粒，另可加玻璃纤维、碳纤维、石墨、铜粉、不锈钢等填充造粒料，适用于生产模压管、异形件、垫片、泛塞封、四氟绝缘子、四氟球阀、四氟阀门、各种四氟密封件、自动机模压件等产品。

3、聚四氟乙烯是绝缘材料，电阻率高，使得ptfe表面容易发生静电积聚，当暴露在化学粉尘或煤尘环境时存在潜在的爆炸危险，因此，改善聚四氟乙烯(ptfe)造粒料的导电性能，使其具有防静电性能显得尤其重要。

4、目前，一般通过加入导电材料，如：碳纤维、氧化石墨烯、碳纳米管、石墨等来改善其导电性能。聚苯胺掺杂氧化石墨烯具有高导电性，但发明人发现：由于聚苯胺掺杂氧化石墨烯难以在聚四氟乙烯(ptfe)造粒料有效地分散，形成稳定的导电通路，因此，目前尚无聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的报道。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料及其制备方法。本发明通过植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯对聚四氟乙烯(ptfe)造粒料进行改性，有效地提高了其导电性和力学性能。聚苯胺的三维空间结构上面含有众多的富电子位点，电化学活性高，将氧化石墨烯与聚苯胺纳米纤维进行掺杂，氧化石墨烯超高的比表面积和超强的电子传导能力能够有效地提高聚苯胺的电化学活性，同时，本发明还通过植酸和硫酸对聚苯胺共掺杂改善了聚苯胺的溶解性能和导电性能，使得聚苯胺掺杂的氧化石墨烯能够很好地分散在在聚四氟乙烯(ptfe)造粒料中，显著提高了复合材料的导电性能和力学性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料，由如下重量份的原料组成：玻璃纤维3-5份，植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯0.5-1.5份，铜粉4-8份，聚四氟乙烯100份；

4、其中，植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯的制备方法包括：

5、采用植酸、硫酸对聚苯胺进行共掺杂，得到共掺杂聚苯胺纳米纤维材料；

6、采用所述共掺杂聚苯胺纳米纤维材料对氧化石墨烯进行掺杂，得到植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯。

7、在一些实施方式中，聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的体积密度≥700±100。

8、本发明的第二个方面，提供了一种聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，包括：

9、采用植酸、硫酸对聚苯胺进行共掺杂，得到共掺杂聚苯胺纳米纤维材料；

10、采用所述共掺杂聚苯胺纳米纤维材料对氧化石墨烯进行掺杂，得到植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯；

11、将所述植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯、聚四氟乙烯粉末、玻璃纤维、铜粉混合均匀，模压、烧结，得到聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料。

12、在一些实施方式中，所述共掺杂采用“掺杂-去掺杂-再掺杂”的方法，具体步骤包括：

13、将苯胺加入到硫酸溶液中，混合均匀，再加入过二硫酸铵，使其在4-5℃下反应，得到硫酸掺杂的聚苯胺纳米纤维；

14、将所述硫酸掺杂的聚苯胺纳米纤维浸泡在质量浓度为3％-4％的氨水溶液中进行去掺杂12-16h，得到碱式聚苯胺纳米纤维；

15、将所述碱式聚苯胺纳米纤维浸泡在0.05-0.08mol/l的植酸水溶液，超声处理3-4h，得到共掺杂聚苯胺纳米纤维材料；

16、将所述共掺杂聚苯胺纳米纤维材料加入到浓度为1-5mg/ml的氧化石墨烯分散液中，充分浸渍，冷冻干燥，得到层状结构的植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯。

17、在一些实施方式中，所述过二硫酸铵与苯胺的质量比为2.8-3：4.8-5。

18、在一些实施方式中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5-1.5mg/ml。

19、在一些实施方式中，所述模压的条件为60-66mpa条件下，保压5-10min。

20、在一些实施方式中，所述烧结的条件为320℃-370℃下烧结2-4h。

21、在一些实施方式中，氧化石墨烯的制备方法为采用修饰的hummer法。

22、本发明还提供了植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯在提高聚四氟乙烯性能中的应用。

23、本发明的有益效果

24、(1)本发明中，聚苯胺的三维空间结构上面含有众多的富电子位点，电化学活性高，将氧化石墨烯与聚苯胺纳米纤维进行掺杂，氧化石墨烯超高的比表面积和超强的电子传导能力能够有效地提高聚苯胺的电化学活性，同时，本发明还通过植酸和硫酸对聚苯胺共掺杂改善了聚苯胺的溶解性能和导电性能，使得聚苯胺掺杂的氧化石墨烯能够很好地分散在在聚四氟乙烯(ptfe)造粒料中，显著提高了复合材料的导电性能和力学性能。

25、(2)本发明采用填充改性在ptfe原有优异性能的基础上，增强了其抗蠕变性、耐磨性、导电性等性能。可广泛应用于化学化工、电子电气、汽车家电、精密仪器、航天、食品等领域。

26、(3)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。

技术特征：

1.一种聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料，其特征在于，由如下重量百分数的原料组成：玻璃纤维3-5份，植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯0.5-1.5份，铜粉4-8份，聚四氟乙烯100份；

2.一种聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

3.如权利要求2所述的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述共掺杂的具体步骤包括：

4.如权利要求2所述的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述过二硫酸铵与苯胺的质量比为2.8-3：4.8-5。

5.如权利要求2所述的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5-1.5mg/ml。

6.如权利要求2所述的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述模压的条件为60-66mpa条件下，保压5-10min。

7.如权利要求2所述的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的条件为320℃-370℃下烧结2-4h。

8.如权利要求2所述的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯的制备方法为采用修饰的hummer法。

9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性ptfe导电复合材料。

10.植酸硫酸-聚苯胺掺杂氧化石墨烯在提高聚四氟乙烯性能中的应用。

技术总结
本发明属于聚四氟乙烯材料领域，提供了聚苯胺掺杂的氧化石墨烯改性PTFE导电复合材料的制备，由如下重量百分数的原料组成：玻璃纤维3‑5份，植酸硫酸‑聚苯胺掺杂氧化石墨烯0.5‑1.5份，铜粉4‑8份，聚四氟乙烯100份；经过填充改性在PTFE原有优异性能的基础上，更增强了其抗蠕变性、耐磨性、导电性等性能。可广泛应用于化学化工、电子电气、汽车家电、精密仪器、航天、食品等领域。

技术研发人员：刘秀玉,韩斌
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29