本發明屬于材料加工成型
技術領域：
，尤其涉及一種纖維填充聚四氟乙烯的二維取向各向異性復合材料的制備方法。
背景技術：
：復合材料的特性取決于其基體、填料的性能以及它們形成的微結構。高分子復合材料兩相系統中，如果其中一相（例如，導熱率高的一相）均勻分散但沒有任何取向，在相對低的填料含量下導熱率的提升是很有限的。當填料含量很高時，可以達到理想的導電導熱率，但是以失去高分子本身的優良特性和提高成本為代價。然而當導熱率高的一相沿熱流方向平行并形成貫穿的結構，導熱率會大幅度提升。因此，這種各向異性結構是在減少填料含量但賦予聚合物填料功能的一種有效方法。纖維填充的聚四氟乙烯復合材料在許多領域都有廣泛的應用，但是目前應用的都是采用普通的冷壓、燒結工藝而成的復合材料，都是各向同性，沒有能夠最大程度的發揮出功能填料的效用。技術實現要素：本發明提供了一種纖維填充聚四氟乙烯的二維取向各向異性復合材料的制備方法，對經典的聚四氟乙烯復合材料制備方法的冷壓成型過程進行改進，能夠制備一定程度的二維取向各向異性的聚四氟乙烯復合材料，根據纖維的特性不同，可以提高某個平面內或某些方向上的耐磨性、導電性、導熱性、力學性能等。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種纖維填充聚四氟乙烯的二維取向各向異性復合材料的制備方法，包括以下操作步驟：a.對纖維進行表面處理；b.處理后的纖維和聚四氟乙烯粉混合均勻，得到纖維和聚四氟乙烯的混合物；c.將纖維和聚四氟乙烯混合物在模具中進行冷壓成型，分批多次進行加料，每次加料后進行一次加壓，最后一次將料加完后，將壓力加到工藝規定的值，并保持壓力；d.在燒結爐中進行燒結。以上步驟中所述纖維是短纖維；步驟b中所述的纖維和聚四氟乙烯按纖維的體積百分比為5%-35%混合均勻；步驟c中所述的每次加料量使得加壓后粗胚厚度增加2-5毫米，每次加料后加壓的壓力值為5-8mpa，保壓時間不小于5秒，最后一次加壓的壓力工藝規定值為15-40mpa，保壓時間不小于10分鐘。本發明的有益效果是制備一定程度的二維取向各向異性的聚四氟乙烯復合材料，根據纖維的特性不同，可以提高某個平面內或某些方向上的耐磨性、導電性、力學性能等。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。圖1為測試樣條加工示意圖（p為材料冷壓時的加壓方向）。具體實施方式為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細描述，實施例1為傳統的制備方法，作為對比實施例，其他的實施例都采用本發明的制備方法。實施例1聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，一次性將混合料加入模具，緩慢施加壓力至30mpa，保壓15分鐘，升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例2聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓5秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例3聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓5秒，每次加料使得粗胚厚度增加5毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例4聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為5%，纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓5秒，每次加料使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后緩慢施加壓力至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例5聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為35%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓5秒，每次加料使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后緩慢施加壓力至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例6聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用不銹鋼纖維，不銹鋼纖維體積百分比為8%，纖維采用堿洗、酸洗、硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓5秒，每次加料使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后緩慢施加壓力至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。上述實施例1-6中的數據詳見表1。表1實施例測試樣的拉伸強度比和導電比實施例樣條1和樣條2的拉伸強度比樣條1和樣條2的導電率比11.271.7921.877.131.766.641.095.851.562161.779.9通過上述實施例1-6的試驗數據可知，傳統工藝加工的纖維增強聚四氟乙烯復合材料中纖維只有輕微的取向，表現為不同方向裁剪的測試樣條的拉伸強度和導電率有一些差別；而采用本發明制備的復合材料中纖維的取向度明顯要高得多，表現為不同方向裁剪的測試樣條的拉伸強度和導電率有明顯的差別。通過上述實施例2-3的試驗數據可知，通過減小單次加料的量從而減小每次增加的厚度可以提高纖維的取向度，但是每次加料過少，給操作上帶來的難度增加明顯。除以上實施例以外，本發明還有以下一些實施例。實施例7聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例8聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓20秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例9聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓30秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例10聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳纖維，碳纖維體積百分比為20%，碳纖維采用硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓20分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例11聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切碳鋼纖維，碳鋼纖維體積百分比為25%，碳鋼纖維采用堿洗、酸洗、硅烷偶聯劑kh-550處理后，將聚四氟乙烯粉和碳鋼纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。實施例12聚四氟乙烯選用聚四氟乙烯細粉，纖維選用短切芳綸纖維，芳綸纖維體積百分比為20%，將聚四氟乙烯粉和芳綸纖維混合均勻，按本發明的工藝將混合料分批加入，每次加入后加壓至10mpa，保壓10秒，每次加料量使得粗胚厚度增加2毫米左右。最后一次混合料加完后加壓至30mpa，保壓15分鐘，按規定程序升溫燒結，最終在375℃保溫3小時，隨爐降溫。按不同方向加工測試樣條，如圖1。本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。當前第1頁12