[发明专利]一种类石墨型氮化碳/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能聚合物复合材料及其制备方法，具体地说为一种由类石墨型氮化碳填充的聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种应用广泛的含氟塑料，PVDF兼具氟树脂和通用树脂的特性，与其它氟树脂一样，PVDF具有超乎寻常的耐气候性能、抗紫外线和核辐射性能；很高的机械强度、刚性和耐磨性；优异的耐热和耐化学品性能；优良的耐湿、防霉、防粘和防污染性能；优异的压电性、焦电性、电绝缘性等；PVDF是一种半结晶的热塑性线型聚合物，它的玻璃化转变温度为（T_g）-35℃，空气中的分解温度（T_d）则高达360℃（空气中），聚偏氟乙烯熔点（T_m）为170℃，熔点低、熔融流动性好，因此可以用普通树脂的加工方法和加工机械进行模塑、挤塑、注塑和吹塑成型；迄今为止， PVDF树脂已发展成为仅次于聚四氟乙烯的氟树脂品种，广泛应用于电子计算机、航空航天、信息处理、医行器械、音响器材、光学仪器和兵器工业等方面；但是，PVDF材料也存在一定的局限性，由于聚偏氟乙烯大分子间吸引力较小，因而表现为力学性能差，密度大、承载变形大，而且价格昂贵，这些缺点限制了PVDF的广泛应用；最近几年，为提高PVDF的综合性能，国内外对于PVDF复合材料进行了大量研究，目前，PVDF复合材料主要采用填充改性的方法，通过填充法使复合材料具有更加优异广泛的性能。

总体而言，PVDF树脂价格低廉、易合成、应用范围较广，在氟塑料中其性能名列前茅，所以无论是在实际应用还是理论研究方面都得到了研究者们极大的重视；目前针对PVDF的研究工作重点在于对PVDF的改性，以期达到更优越的性能，进一步拓展其应用领域，在众多改性方法中，共混和填充改性由于实施简单，易于操作，成本低廉且符合材料的实际加工工艺从而成为PVDF改性的主要手段。

C₃N₄是一种碳氮化合物，它有五种可能存在的结构即α相、β相、立方相、准立方相和类石墨型；类石墨型氮化碳g-C₃N₄密度最低，能量也最低，是碳氮化合物中的最稳定相，g-C₃N₄具有类似石墨的层状结构，层间含有C₃N₃环或C₆N₇环，环之间通过末端的N 原子相连而形成一层无限扩展的平面；氮化碳材料具有与金刚石相媲美的硬度，被认为是未来新一代的超硬材料，氮化碳材料除了具有潜在的优异力学性能，还具有优良的韧性、低的摩擦系数和优良的耐磨特性，可能成为新一代的超硬耐磨涂层材料，由于其潜在的广泛应用前景，类石墨型氮化碳g-C₃N₄越来越受到研究者的关注，而将类石墨型氮化碳填充到聚合物基体中以提高基体性能的研究还未见报道。

鉴于此，开发和提供一种制备工艺简单、性能优良的类石墨型氮化碳/聚偏氟乙烯复合材料非常必要；本发明专利将制备得到的g-C₃N₄ 粉末表面处理后加入到聚偏氟乙烯基体中，可明显增强g-C₃N₄与PVDF 的结合力，进而提高复合材料的力学性能；制备的类石墨型氮化碳/聚偏氟乙烯复合材料保持了聚偏氟乙烯的优良性能，同时赋予类石墨型氮化碳高导热、耐磨特性，综合性能优良，成本大大降低，拓宽了PVDF 的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种类石墨型氮化碳/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法，具有工艺简单，低成本高效率的特点，能很好的改善类石墨型氮化碳和聚偏氟乙烯基体的界面结合力，提高聚偏氟乙烯材料的摩擦学性能，将会在航天航空、电气、微电子和汽车等行业得到广泛的应用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种类石墨型氮化碳/聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于：所述复合材料的组分按照质量百分数计算为：

聚合物基体聚偏氟乙烯PVDF                   50%~99wt%；

表面改性剂处理过的类石墨型氮化碳g-C₃N₄           1%~50wt%。