聚四氟乙烯(PTFE)由于良好的化学稳定性和热稳定性、较低的摩擦系数,被广泛用于化工领域。但其具有耐磨性差,易蠕变,机械性能差等缺点,极大地限制了其在各领域的应用,因此需对其进行改性研究。而碳纳米材料具有优异的力学性能,可以作为填充物改性PTFE,极大地改善其磨损性能。但是如石墨烯(GN),碳纳米管(CNTs)等材料的制备成本较高,且单一碳纳米材料作为填料不能全面地改善PTFE的力学和摩擦磨损性能。因此,通过简单的方法制备出碳材料并且利用其填充PTFE具有重要研究价值。本文提出了一个低成本,绿色和简单制备石墨烯的方法,以埃洛石(HNTs)为模板,利用其卷曲的层状纳米结构,通过插层原位聚合法引入碳源,成功地合成了 GN-HNTs复合物,去除模板后可得到GN。利用XRD、FTIR等表征证明了聚丙烯酰胺被成功插入到HNTs层间。XRD,TEM,HRTEM,SEM等表征表明制备出了 GN,所合成的GN由具有微米尺寸的褶皱和折叠的纳米薄片组成,Raman和XPS等表征表明所制备的GN高度石墨化。在GN和GN-HNTs填充PTFE复合材料时发现,填料含量逐步增加时,所得到的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率先升高后降低,材料的弹性模量得到明显提高。GN-HNTs填充后复合材料的拉伸强度最低值为17.25MPa,GN填充后拉伸强度最低值为27.82MPa,与纯PTFE拉伸强度28MPa相比降低不多。纯PTFE断裂伸长率为490%,GN-HNTs填充PTFE断裂伸长率最低可达280%,保持了较好的韧性,而GN填充PTFE断裂伸长率最小值仅为182%,说明GN在PTFE中发生了团聚。GN-HNTs填充后其杨氏模量最大为纯PTFE的约1.9倍,GN填充后其杨氏模量最大约为纯PTFE的1.7倍。GN和GN-HNTs填充PTFE制备复合材料时发现,质量分数持续增加时,复合材料的摩擦系数先是减少然后增加,体积磨损率逐渐减少。并且在高载荷、低转速下,GN-HNTs填充复合材料有优秀的减摩擦性能。填料含量为2wt.%,200N,200r作用下时,复合材料体积磨损率仅为0.0009cm3/h,是纯 PTFE 的 1/622。本文利用HNTs的管状结构作为模板,聚乙烯醇(PVA)作碳源,制备得到碳纳米管/碳纳米棒(CNTs/CNRs)的混合物,TEM表征可看出产物是CNTs和CNRs的混合物,由长径比较大的纳米管和长度较短的纳米棒组成。通过XRD、FTIR、Raman、BET、电阻率测试等表征定性研究了混合物中CNTs和CNRs中的配比,结果发现填充含量增加和放大试验均会导致产物中CNRs的质量分数增加。其中最佳的配比为PVA和HNTs质量比为1:1时,所制备的CNTs/CNRs比表面积为583.187m2/g,孔体积为2.142cm3/g。利用CNTs/CNRs填充PTFE时发现,当填料含量增加时,所得到的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率先升高后降低,材料的弹性模量得到明显提高。CNTs/CNRs填充复合材料的拉伸强度最低值为27.74MPa,与纯PTFE拉伸强度28MPa相比无明显变化。纯PTFE断裂伸长率为490%,CNTs/CNRs质量分数为3wt.%时,断裂伸长率仍高达375%,说明其初性保持得较好。CNTs/CNRs填充后其杨氏模量最大为纯PTFE的约1.9倍。CNTs/CNRs的质量分数增加时,复合材料的摩擦系数先减少后增加。当复合材料受到的力逐渐增大时,摩擦系数越来越小。当复合材料受摩擦的摩擦转速逐渐增大时摩擦系数会先增大后降低。根据这些,可以总结到:在高载荷、低转速下,制得的该复合材料能有优秀的减摩擦性能。当填料的含量逐渐增加时,复合材料的磨损率逐渐降低。填料含量为3wt.%,200N,200r作用下时,复合材料体积磨损率仅为0.0008cm3/h,是纯PTFE的1/700,达到最佳填充效果。