CN101638487A - 一种聚四氟乙烯纳米级粉料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种聚四氟乙烯纳米级粉料，其特征是，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的粒径为20nm－50nm，颜色为灰色。本发明由于可将聚四氟乙烯材料粉碎到20nm－50nm时，使其发生了和原来的聚四氟乙烯材料的颜色和两个性能指标的明显变化。(1)润滑性能的变化，摩擦系数下降的明显。磨斑直径由0.58mm下降到0.33mm；(2)抗极压能力增大。在润滑油系统中抗极压能力增大的测试数据提高了数倍，从2500牛顿提高到6080牛顿。
Description
技术领域
本发明属于新材料的技术领域，具体地说是涉及一种聚四氟乙烯纳米级粉料及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯具有烷烃类化合物的典型高分子结构，由于直径更大的氟原子把碳原子紧紧包围。聚四氟乙烯分子中CF2单元，按锯齿形状排列。聚四氟乙烯分子中的未成键氟原子间排斥作用较大，故聚四氟乙烯具有螺旋型的分子结构，同时(聚四氟乙烯＝CF2＝)的碳氟键是键能最高的单键，这一结构使聚四氟乙烯具有远优于其他的聚合物的热稳定性、化学惰性、高熔点及高的工作温度，号称塑料王，聚四氟乙烯材料本身具有以下优点的高分子材料。
1.耐高温--使用工作温度达250℃。
2.耐低温--具有良好的机械韧性；即使温度下降到-196℃，也可保持5％的伸长率。
3.耐腐蚀--对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。
4.耐气候--有塑料中最佳的老化寿命。
5.高润滑--是固体材料中摩擦系数最低的。
以上是聚四氟乙烯材料本身具有的性能，它的物理性质决定了聚四氟乙烯的机械性质较软。因此它的抗极压力能力比较差。由于上述原因使得聚四氟乙烯利用现有常规的机械粉碎比如球磨，高速剪切，高压的气流粉碎无法粉碎到纳米级的细小颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚四氟乙烯纳米级粉料及其制备方法，该纳米级粉料聚四氟乙烯可作为润滑油的添加剂能够大幅度提高润滑油的性能指标。
本发明的技术方案是这样实现的：一种聚四氟乙烯纳米级粉料，其特征是，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的粒径为20nm-50nm，颜色为灰色。
一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法包括以下步骤：a、采用颗粒直径在50μm-500μm之间的聚四氟乙烯超细粉料；b、在经过抽真空的条件下(100帕-150帕)，进行密封包装；c、将包装好的原材料经过原子核放射线钴-60γ射线辐射裂解，辐照剂量为400kGy-500kGy；d、抽去包装内辐射裂解的气体产物，打开包装，将得到白色的纯聚四氟乙烯超细粉料；粒径为200nm-300nm。e将经过射线辐射裂解白色的聚四氟乙烯粉料40％-60％和工业乙醇20％-30％，加纯净水20％-30％，混合形成流体浆料；f、将流体浆料加入在超高压均质机进行均质，均质时间为5-7分钟；g、将均质后的流体浆料再加入在不锈钢容器内，经高速剪切机剪切，时间为240-480分钟，含有白色的聚四氟乙烯粉料的流体浆料颜色由白色转变为灰色；h、收集灰色的流体浆料，放在摄氏40度-60度的烘箱内烘干5-6小时，就可以得到粒径20nm-50nm灰色的纯聚四氟乙烯的纳米粉料。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1、本发明由于可将聚四氟乙烯材料粉碎到20纳米-50纳米，使其发生了两个性能指标的明显变化。(1).润滑性能的变化，摩擦系数下降的明显。磨斑直径由0.58mm下降到0.33mm；(2).抗极压能力增大。在润滑油系统中抗极压能力增大的测试数据提高了数倍，从2500牛顿提高到6080牛顿。
2、由于分子聚四氟乙烯是C＝C键被氟原子完全包围的螺旋型结构，分子间的相互吸引力小，易滑动，所以聚四氟乙烯是摩擦系数最低的聚合物。聚四氟乙烯微粒是优异的润滑材料，灰色的粒径20nm-50nm之间粒径纯聚四氟乙烯的纳米材料.完全体现了纳米效应。比如加入普通的润滑油中，能够提高润滑油的性能指标。例如；润滑油的油膜强度最大无卡咬负荷PB值由600N提高到1118N，提高幅度86.33％；润滑油的烧结负荷PD值由2500N提高到6080N，提高幅度143.2％；润滑油的磨斑直径由0.58mm减小到0.33mm，下降幅度75.75％；详见下图：
测试比较；
| 项目 | 润滑油 | 润滑油+纳米聚四氟乙烯 | 国家标准 |
| 无卡咬负荷PB值 | 600N | 1118N | GB/T12583 |
| 烧结负荷PD值 | 2500N | 6080N | GB/T3142-98 |
| 磨斑直径 | 0.58mm | 0.33mm | SH/T0189 |
3、纳米聚四氟乙烯，作为润滑油的添加剂能够大幅度提高润滑油的性能指标。该润滑油添加剂的大部分的性能指标，超过目前使用的润滑油添加剂的性能指标。目前世界上工业比较发达的国家，多在使用聚四氟乙烯超细粉作为润滑油的添加剂，当聚四氟乙烯材料达到纳米级水平，开发和利用的前景是大有前途的。
4、本发明的纳米聚四氟乙烯可广泛应用在化工、机械、电子、电器、军工、航天、环保和桥梁等国民经济领域并在以上领域起到积极的作用。
5、在制备纳米聚四氟乙烯时。由于添加流体介质，不但提高剪切效率与颗粒度均匀度，而且避免粉末飞扬污染空气。大大地保护了环境
6、纳米聚四氟乙烯颗粒制备方法与工艺，劳动强度低，产品质量稳定，能够批量生产。
附图说明
图1为本发明生产方法的框图
图2为颗粒为200nm-300nm的聚四氟乙烯超细粉料电子显微镜测试照片
图3为本发明颗粒为20nm-50nm的聚四氟乙烯超细粉料电子显微镜测试照片
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
本发明为一种聚四氟乙烯纳米级粉料，它区别于现有技术在于，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的粒径为20nm-50nm，颜色为灰色。一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法包括以下步骤：a、采用颗粒直径在50μm-500μm之间的聚四氟乙烯超细粉料，实施时采用颗粒直径在50μm-500μm之间的聚四氟乙烯超细粉料是以分散法生产的聚四氟乙烯超细粉料，该分散法生产聚四氟乙烯超细粉料为现有技术，在此不足具体描述；b、在经过抽真空的条件下，进行密封包装，抽真空的条件为100帕-150帕；c、将包装好的原材料放入放射线钴-60γ射线辐射设备辐射裂解，辐照剂量为400kGy-500kGy，具体实施时在购买放射线钴-60γ射线时会配置专门射线辐射设备，进行射线辐射裂解；d、抽去包装内辐射裂解的气体产物，打开包装，将得到白色的颗粒直径在200nm-300nm之间的聚四氟乙烯超细粉料；e将经过射线辐射裂解白色的聚四氟乙烯粉料与工业乙醇和纯净水混合形成流体浆料，它们的重量百分比为，聚四氟乙烯粉料40％-60％，工业乙醇20％-30％，纯净水20％-30％，该工业乙醇的乙醇浓度含量至少为99％；f、将流体浆料加入在超高压均质机进行均质，超高压均质机的压力为100Mpa-120Mpa，均质时间为5-7分钟；g、将均质后的流体浆料再加入在不锈钢容器内，经高速剪切机剪切，高速剪切机剪切的速度为10000转/分钟-12000转/分钟，时间为240-480分钟，含有白色的聚四氟乙烯粉料的流体浆料颜色由白色转变为灰色；h、收集灰色的流体浆料，放在摄氏40度-60度的烘箱内烘干5-6小时，就可以得到粒径20nm-50nm灰色的纯聚四氟乙烯的纳米粉料。一般超高压的定义是100Mpa以上。
归纳地说本发明可采取二步方法进行制备。
第一步：物理方法；用原子核γ射线辐射降解。由于钴-60γ射线具备很强的穿透能力，通过钴-60γ射线的穿透能力，把钴-60γ射线的能量作用在，直径更大氟原子把碳原子紧紧包围的碳氟键上，使碳氟分子的碳氟键先受伤害。碳氟键受伤害的程度，决定于钴-60γ射线辐照剂量。
第二步：机械物理方法；超高压均质和高速剪切。将射线辐射裂解白色的聚四氟乙烯粉料和工业乙醇加纯净水的流体浆料。在超高压均质机进行均质，均质条件压力为100Mpa-120MPa。目的是流体浆料在100Mpa-120MPa超高压的条件下，突然进入常压力下。流体浆料利用高压条件下混悬液，通过一个可调节的限流缝隙过程中失压膨胀爆炸，剪切和高速撞击等综合效应。使得聚四氟乙烯的碳氟键更能够容易粉碎。再把经过超高压均质机的聚四氟乙混悬液。加入在自制不锈钢容器内，再经过高速剪切机的剪切。把聚四氟乙烯的碳氟键粉碎。结果就可以得到粒径20nm-50nm灰色的纯聚四氟乙烯的纳米材料。
实施例1
采用分散法生产的聚四氟乙烯粉料在经过抽真空的条件下，进行密封包装，抽真空的条件为；将包装好的聚四氟乙烯超细粉料放入γ射线辐射设备，经过原子核放射线钴-60γ射线辐射裂解，辐照剂量为420kGy；抽去包装内辐射裂解的气体产物，打开包装，将得到白色的颗粒直径在200nm-300nm之间的聚四氟乙烯超细粉料。将经过射线辐射裂解白色的颗粒直径在200nm-300nm之间的聚四氟乙烯超细粉料与工业乙醇和混纯净水合形成流体浆料，它们的重量百分比为，聚四氟乙烯粉料50％，工业乙醇30％，工业乙醇的乙醇含量为99％，纯净水20％；将流体浆料加入在超高压均质机进行均质，超高压均质机的压力为100Mpa-120Mpa，均质时间为6分钟；将均质后的流体浆料再加入在不锈钢容器内，经高速剪切机剪切，高速剪切机剪切的速度为10000转/分钟-12000转/分钟，时间为300分钟，含有白色的聚四氟乙烯粉料的流体浆料颜色由白色转变为灰色；收集灰色的流体浆料，放在摄氏50度的烘箱内烘干6小时，就可以得到粒径20nm-50nm灰色的纯聚四氟乙烯的纳米粉料。
实施例2
采用分散法生产的聚四氟乙烯粉料在经过抽真空的条件下。进行密封包装；将包装好的聚四氟乙烯超细粉料放入核放射设备经过原子核放射线钴-60γ射线辐射裂解，辐照剂量为480kGy；抽去包装内辐射裂解的气体产物，打开包装，将得到白色的将得到白色的颗粒直径在200nm-300nm之间的聚四氟乙烯超细粉料。将经过射线辐射裂解白色的颗粒直径在200nm-300nm之间的聚四氟乙烯超细粉料与工业乙醇和纯净水混合形成流体浆料，它们的重量百分比为，聚四氟乙烯粉料58％，工业乙醇25％工业乙醇的乙醇浓度为99％，纯净水17％；将流体浆料加入在超高压均质机进行均质，超高压均质机的压力为100Mpa-120Mpa，均质时间为6分钟；将均质后的流体浆料再加入在不锈钢容器内，经高速剪切机剪切，高速剪切机剪切的速度为10000转/分钟-12000转/分钟，时间为300分钟，含有白色的聚四氟乙烯粉料的流体浆料颜色由白色转变为灰色；收集灰色的流体浆料，放在摄氏60度的烘箱内烘干5小时，就可以得到粒径20nm-50nm灰色的纯聚四氟乙烯的纳米粉料。
Claims (6)
1、一种聚四氟乙烯纳米级粉料，其特征是，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的粒径为20nm-50nm，颜色为灰色。
2、一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，所述的聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法包括以下步骤：a、采用颗粒直径在50μm-500μm之间的聚四氟乙烯超细粉料；b、在经过抽真空的条件下，进行密封包装；c、将包装好的原材料放入γ射线辐射设备，经过原子核放射线钴-60γ射线辐射裂解，辐照剂量为400kGy-500kGy；d、抽去包装内辐射裂解的气体产物，打开包装，将得到白色的纯聚四氟乙烯超细颗粒直径在200nm-300nm的粉料；e将经过射线辐射裂解白色的颗粒直径在200nm-300nm之间的聚四氟乙烯粉料40％-60％和工业乙醇20％-30％加纯净水20％-30％，形成流体浆料；f、将流体浆料加入在超高压均质机进行均质，均质时间为5-7分钟；g、将均质后的流体浆料再加入在不锈钢容器内，经高速剪切机剪切，时间为240-480分钟，含有白色的聚四氟乙烯粉料的流体浆料颜色由白色转变为灰色；h、收集灰色的流体浆料，放在摄氏40度-60度的烘箱内烘干，烘干时间5-6小时，就可以得到粒径20nm-50nm灰色的纯聚四氟乙烯的纳米粉料。
3、按权利要求2所述的一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，所述采用颗粒直径在50μm-500μm之间的聚四氟乙烯超细粉料是以分散法生产的聚四氟乙烯超细粉料。
4、按权利要求2所述的一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，所述的抽真空为100帕-150帕；所述工业乙醇的乙醇含量浓度至少为99％。
5、按权利要求2所述的一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，所述的超高压均质机的压力为100Mpa-120Mpa。
6、按权利要求2所述的一种聚四氟乙烯纳米级粉料的制备方法，其特征是，高速剪切机剪切的速度为10000转/分钟-12000转/分钟。
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