本發明涉及聚全氟乙丙烯改性領域，特別涉及一種納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料及其制備方法。
背景技術：
：聚全氟乙丙烯(fep)既具有與聚四氟乙丙烯相似的特性，又具有熱塑性塑料的良好加工性能。因而它彌補了聚四氟乙丙烯加工困難的不足，使其成為代替聚四氟乙丙烯的材料，在電線電纜生產中廣泛應用于高溫高頻下使用的電子設備傳輸電線、電子計算機內部的連接線、航空宇宙用電線及其特種用途安裝線、油泵電纜和潛油電機繞組線的絕緣層，如飛機掛鉤線、增壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。同時fep膜已見用作太陽能收集器的薄涂層。但由于聚全氟乙丙烯分子結構中，沒有苯環等剛性基團，使其拉伸模量不是很好，耐應力開裂性差，同時樹脂價格高，影響到了它的應用。隨著聚全氟乙丙烯的應用越來越廣泛，對材料的要求也越來越高，因此，亟需開發出高填充增強、成本更低廉的聚全氟乙丙烯復合材料。納米硅酸鹽粒子具有一系列新穎的物理和化學特性，如高強度、高硬度、耐熱性和抗氧化性能，納米硅酸鹽可通過熔融共混的方式添加到聚全氟乙丙烯中，并與聚全氟乙丙烯相互作用而產生新的效應，實現二者的優勢互補，可以顯著改善聚合物的機械性能、熱學性能、摩擦性能和耐老化性能。若對納米硅酸鹽進行表面處理，適當降低納米硅酸鹽的表面能，使納米硅酸鹽在基體樹脂中盡可能的以原生態粒子形態均勻分散，解決納米硅酸鹽在聚全氟乙丙烯中的分散性，從而明顯改善聚全氟乙丙烯的綜合性能。納米硅酸鹽增強增韌改性聚全氟乙丙烯樹脂的機理一般認為具有下述過程：(1)剛性無機粒子的存在產生應力集中效應，易引發周圍樹脂產生微裂紋和剪切屈服，吸收一定的變形功。(2)剛性無機粒子的存在使聚全氟乙丙烯微裂紋擴展受阻和鈍化，最終終止微裂紋不致發展為破壞性開裂(3)隨著無機粒子的細微化，粒子的比表面積增大，因而填料與聚全氟乙丙烯接觸面積增大，材料受沖擊時，會產生更多的微裂紋開裂，吸收更多的沖擊能。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，該聚全氟乙丙烯復合材料改善了純聚全氟乙丙烯的拉伸強度和模量，提高其耐應力開裂性，降低其成本，擴大了應用領域。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：所述的聚全氟乙丙烯的熔融指數為2～20g/10min，所述的顏料為耐熱溫度為380℃以上，所述的納米硅酸鹽選自高嶺土，或硅灰石晶須和碳化硅晶須至少一種與高嶺土的混合物，高嶺土平均粒徑為在200nm以下，所述的硅灰石晶須和碳化硅晶須直徑為0.1～2.5μm，長徑比≥20。優選的，所述的硅灰石晶須和碳化硅晶須直徑為0.1～1.5μm，所述的高嶺土的平均粒徑為500～800nm。優選的，所述納米硅酸鹽為高嶺土、硅灰石晶須和碳化硅晶須的混合物，其組成按重量份如下：高嶺土1～20份硅灰石晶須1～5份碳化硅晶須1～5份優選的，所述的表面活性劑是硅烷類或鈦酸酯類偶聯劑。進一步優選的，所述的納米硅酸鹽為經鈦酸酯類偶聯劑噴霧處理過的粉體，鈦酸酯類偶聯劑的添加量為納米硅酸鹽重量的2～4％。優選的，所述的高溫潤滑劑為e蠟和硅酮中的一種或幾種，高溫潤滑劑的熱分解溫度大于350℃。優選的，所述的顏料為鈦白、鉻黃、鐵藍、鎘紅立德粉、炭黑、氧化鐵紅、氧化鐵黃的一種或幾種。一種納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料的制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、表面活性劑、高溫潤滑劑和顏料依次放入高混機，首先低速混合1-2分鐘，然后在105℃-115℃的溫度下高速混合15-25分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出；e.經d步驟熔融擠出混配料進入成型機中成型；f.成型體冷卻獲得該高嶺土填充改性聚全氟乙丙烯復合材料。優選的，所述雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為30～40r/min、壓縮段螺桿壓縮比為1.5～3.5:1，所述預熱段溫度為：270～290℃、壓縮段的塑化溫度為：300～310℃、所述擠出機機頭的擠出溫度為：310～320℃、所述成型機的成型溫度為：320～330℃。采用上述技術方案，由于加入納米硅酸鹽進行改性，同時通過表面活性劑改善納米硅酸鹽在聚全氟乙丙烯中的分散性，通過高溫潤滑劑改善復合材料的加工穩定性，或者再在其中加入硅灰石晶須以及碳化硅晶須中的至少一種，提高其聚全氟乙丙烯的拉伸強度、模量和耐應力開裂性，本發明的拉伸強度最高可達到28.3mpa，模量最高可達到685mpa，耐環境應力后強度殘余率最高可達到70％，另外通過加入納米硅酸鹽也可以有效的降低生產成本。具體實施方式下面對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。以下實施例中的硅酮和e蠟的熱分解溫度均大于350℃。實施例1本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為2g/10min，高嶺土的平均粒徑為200nm。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、鈦酸酯類偶聯劑、硅酮和炭黑依次放入高混機，首先低速混合1分鐘，然后在105℃的溫度下高速混合15分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：270℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：300℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：300℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為30r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1實施例2本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為100nm。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、硅烷偶聯劑、硅酮和氧化鐵紅依次放入高混機，首先低速混合2分鐘，然后在115℃的溫度下高速混合25分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：280℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：305℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：3100℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為40r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1實施例3本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為20g/10min，高嶺土的平均粒徑為10nm。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、鈦酸酯類偶聯劑、硅酮和氧化鐵紅依次放入高混機，首先低速混合2分鐘，然后在110℃的溫度下高速混合20分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：275℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：304℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：310℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為35r/min、壓縮段螺桿壓縮比為3:1實施例4本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為100nm,碳化硅晶須直徑為1.5μm，長徑比為20。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、碳化硅晶須、鈦酸酯類偶聯劑、硅酮和氧化鐵紅依次放入高混機，首先低速混合2分鐘，然后在115℃的溫度下高速混合25分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：278℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：310℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：320℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為40r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1實施例5本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為200nm,硅灰石晶須的粒徑為0.09μm。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、硅灰石晶須、鈦酸酯類偶聯劑、硅酮、鈷藍紅依次放入高混機，首先低速混合1分鐘，然后在105℃的溫度下高速混合15分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：270℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：290℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：303℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為30r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1實施例6本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為200nm,硅灰石晶須的粒徑為0.08μm。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、硅灰石晶須、硅烷偶聯劑、硅酮和鈷綠粉依次放入高混機，首先低速混合2分鐘，然后在115℃的溫度下高速混合25分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：270℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：290℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：300℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為40r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1實施例7本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為100nm,硅灰石晶須的直徑為0.5μm，長徑比為20，碳化硅晶須直徑為0.1μm，長徑比為50。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、碳化硅晶須、硅灰石晶須、鈦酸酯類偶聯劑、硅酮和鎘紅立德粉依次放入高混機，首先低速混合2分鐘，然后在115℃的溫度下高速混合25分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：280℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：300℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：310℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為40r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1實施例8本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為200nm,碳化硅晶須直徑為0.1μm，長徑比為100。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、碳化硅晶須、e蠟、鈦酸酯類偶聯劑和鈷綠粉依次放入高混機，首先低速混合1分鐘，然后在105℃的溫度下高速混合15分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：270℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：293℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：310℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為30r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2:1實施例9本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：其中，聚全氟乙丙烯的熔融指數為10g/10min，高嶺土的平均粒徑為200nm,硅灰石晶須的粒徑為0.08μm，長徑比為30，碳化硅晶須直徑為1μm，長徑比為20。其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯、高嶺土、硅灰石晶須、碳化硅晶須、鈦酸酯類偶聯劑、e蠟和鎘紅立德粉依次放入高混機，首先低速混合2分鐘，然后在110℃的溫度下高速混合20分鐘后放料，得到混配料，混配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將混配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.混配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：270℃；c.經過預熱的混配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：285℃；d.塑化完成的混配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：306℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得該納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為40r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1對比例本實施例的納米硅酸鹽改性聚全氟乙丙烯的復合材料，按重量份如下：聚全氟乙丙烯100份其制備方法，包括以下步驟：將聚全氟乙丙烯放入高混機，首先低速混合1分鐘，然后在105℃的溫度下高速混合15分鐘后放料，得到配料，配料通過雙螺桿擠出機，并執行下列操作步驟，a.將配料置于螺桿擠出機的喂料裝置；b.配料經螺桿擠壓進入預熱段進行預熱，預熱段溫度為：275℃；c.經過預熱的配料經螺桿擠壓進入壓縮段完成塑化，塑化溫度為：290℃；d.塑化完成的配料經螺桿擠壓進入計量段，被定量的供給擠出機機頭熔融擠出，擠出溫度為：312℃；e.經d步驟熔融擠出混配料進入冷卻水槽和切粒機中切粒；f.粒子經干燥后獲得純聚全氟乙丙烯樹脂材料。其中，雙螺桿擠出機中螺桿擠壓時螺桿轉速為30r/min、壓縮段螺桿壓縮比為2.5:1對上述實施例1-9及對比例進行拉伸強度、模量、耐環境應力后強度殘余率等指標的測試，結果如下：拉伸強度/mpa模量/mpa耐環境應力后強度殘余率/％實施例127.635065％實施例224.331253％實施例326.834063％實施例427.932056％實施例524.835469％實施例625.631559％實施例727.534462％實施例828.334370％實施例927.433868％對比例2413049％從表上可以看出，本發明實施例中，拉伸強度最高可達到28.3mpa，而模量最高可達到354mpa，耐環境應力后強度殘余率最高可達到70％，該數據遠遠大于對比例中的數據。以上對本發明的實施方式作了詳細說明，但本發明不限于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本發明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發明的保護范圍內。當前第1頁12