[发明专利]填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的配方及获取方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，尤其涉及一种填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的配方及其获取方法。

背景技术

在石油化工及药物生产的过程中，部分换热设备经常在腐蚀性环境下工作。目前应用的耐腐蚀换热器主要有两类：第一类是钛板、镍板、Mo2Ti等合金材料制造的板式或管壳式换热器；第二类是，石墨、PTFE、PP等非金属材料制造的换热器。合金材料的成本较高，且在强腐蚀性下，部分合金材料也会腐蚀，制约了合金材料类板式或管壳式换热器的使用范围；非金属类换热器的运行成本低但其换热效率很低，利用石墨、碳纤维两相填充改性PTFE复合材料制成的换热器，克服了常用耐腐蚀性换热器的这些缺点。

现有技术仅仅对石墨、碳纤维两相填充改性PTFE复合材料的部分关键性能做了研究，但是没有系统性的去优化寻求二者最佳的配比，从而使复合材料达到最佳性能。

发明内容

本发明提供了一种填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的配方及其获取方法，旨在解决现有技术仅对石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的部分关键性能做了研究，但是没有系统性地去优化寻求二者最佳的配比，未能使改性聚四氟乙烯高导热复合材料达到最佳性能的问题。

本发明的目的在于提供一种填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料的配方，该配方包括：石墨、碳纤维，所述石墨填充的体积分数为18±0.5％，所述碳纤维填充的体积分数为10％。

进一步，该配方中的碳纤维在填充前需要进行表面处理。

进一步，对碳纤维进行表面处理的方法包括：等离子体法、离子处理法、涂层处理、氧化法、偶联剂处理法、溶液还原处理与净化法、表面晶须化法、电聚合与电沉积处理法。

进一步，粒度为250目的石墨对改性聚四氟乙烯高导热复合材料的热导率改性效果较其它粒度更为明显。

本发明的另一目的在于提供一种获得填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料配方的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，采用APDL编写的石墨填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料热导率模拟有限元分析命令流进行数值模拟，研究石墨粒度、体积分数以及分布方式对改性PTFE复合材料热导率的影响；

步骤二，根据塑性材料拉伸试验原理，按GB1040-1992对石墨改性聚四氟乙烯高导热复合材料进行拉伸试验，得到改性聚四氟乙烯高导热复合材料的拉伸性能曲线及相应石墨添加体积分数下的拉伸强度；

步骤三，以傅里叶定律为基础，考虑温度梯度和平均热流量，引入Eshelby定义的当量温度梯度及与纤维长径比有关的向量矩阵，推导出碳纤维添加复合材料热导率的预测关联式；

步骤四，利用多元线性拟合得到石墨、碳纤维两相填充改性聚四氟乙烯高导热复合材料热导率的预测关联式；

步骤五，依据HalPin-Tsai模型和短纤维增强复合材料的强度混合法则，分别得到碳纤维增强复合材料的弹性模量和强度；

步骤六，通过MATLAB约束非线性规划，求解在满足改性聚四氟乙烯高导热复合材料强度要求及热导率最大时，石墨及碳纤维在改性聚四氟乙烯高导热复合材料中填充的体积分数。

进一步，在步骤三中，碳纤维添加复合材料热导率的预测关联式为：