发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种简单的、成本低的超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,采用该方法制备而得的超细沸石粉填充PTFE复合材料性能优异,在不显著降低PTFE基体摩擦系数的前提下提高耐磨性,应用范围广泛。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,步骤如下:
1)、配料:
聚四氟乙烯,45%-99%,
超细沸石粉,1%-55%,
填充物Ⅰ,0%-10%,
填充物Ⅱ,0%-10%,
上述%为重量%;
所述聚四氟乙烯的粒度为20~200μm,超细沸石粉的粒度为0.01~50μm,填充物Ⅰ的粒度为0.01μm—50μm,填充物Ⅱ的粒度为0.01μm—50μm;
2)、将步骤1)配制所得的混合料均匀混合后在20~40MPa压强下冷压成型,保压时间为2~10分钟;
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以30~100℃/小时的升温速率加热至330~380℃保温0.5~2小时;
4)、步骤3)所得的烧结产物自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
作为本发明的超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法的改进:
填充物Ⅰ为金粉、银粉、铜粉、铝粉、锌粉、铁粉、镁粉、锆粉、钛粉、镍粉、氧化铝、氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化锆、氧化铜、氧化钛、氧化铁、氧化镍、氧化镁、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化钛、氮化锆、碳化硅、碳化锆、碳化硼、碳化钨、碳化铝、MoS2;
填充物Ⅱ为金粉、银粉、铜粉、铝粉、锌粉、铁粉、镁粉、锆粉、钛粉、镍粉、氧化铝、氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化锆、氧化铜、氧化钛、氧化铁、氧化镍、氧化镁、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化钛或氮化锆、碳化硅、碳化锆、碳化硼、碳化钨或碳化铝、玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾纤维、石墨、石墨烯;
所述填充物Ⅰ和填充物Ⅱ为不同的成分。
作为本发明的超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法的进一步改进:
步骤1)的配料为:
聚四氟乙烯(PTFE) (粒度50μm),85%,
丝光沸石粉 (粒度0.1μm),5%,
MoS2 (粒度 20nm),2%,
Al2O3 (粒度 60nm), 8%。
作为本发明的超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法的进一步改进:
步骤3)为: 将步骤2)所得成型物放入高温烧结炉中,以30~100℃/小时的升温速率加热,当温度到达250~330℃时保温,保温时间为10~40分钟;然后继续以30~100℃/分钟的升温速率加热至350~380℃,保温0.5~2小时。
作为本发明的超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法的进一步改进:
步骤4)为:将步骤3)所得的烧结产物以30~100℃/小时降温至250~320℃保温10~40分钟,然后再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
在本发明中:粒度≤50μm的沸石粉即为超细沸石粉,沸石粉可选用红辉沸石粉、丝光沸石粉、斜发沸石粉等。
室温一般为5~30℃。
本发明针对现有填充材料的不足和超细沸石粉的优点,提供一种新的PTFE复合材料的制备方式,采用本发明方法制备而得的超细高岭土填充PTFW复合材料,按国标GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.5mg,摩擦系数≤0.2,按国标GB-T2411-1980检测,其邵氏硬度≥58.0,按ASTMD955检测,其收缩率≤2.5%。
采用本发明制备而得的超细沸石粉填充PTFE复合材料,可制备输送腐蚀性气体的输送管、排气管、蒸汽管和轧钢机高压油管,飞机液压系统和冷压系统的高中低压管道、精馏塔、热交换器以及釜、塔、槽的衬里阀门等化工设备;采用本发明制备而得的超细高沸石粉填充PTFE复合材料,可制备应用在阀门,旋塞,常制成球阀、蝶阀、隔膜阀、闸阀,旋塞等零部件;采用本发明制备而得的超细高沸石粉填充PTFE复合材料,因其摩擦系数低,可制成轴承广泛应用于以下领域:纤维、造纸、食品和制药等工业,用于液氮低温场所。
本发明的超细沸石粉填充聚四氟乙烯复合材料,由于沸石晶体内部有大量的孔穴和孔道,具有良好的吸附性、离子交换性、耐酸耐热性,同时沸石粉结构稳定,价格便宜,应用面广,所以本发明的制备方法工艺简单,经济实惠,具有强的市场竞争力。
具体实施方式
以下实施例中所述的%均为重量%。
实施例1、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),85%,
红辉沸石粉(粒度0.2μm),12%,
Al2O3 (粒度60nm),3%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌(转速为3500r.p.m)均匀,然后在38Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为3分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以80℃/小时的升温速率加热,当温度到达330℃时保温30分钟;然后继续以60℃/小时升温速率加热至370℃,保温0.5小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至320 ℃时保温24分钟,再自然冷却至室温,得超细高沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.4豪克,摩擦系数≤0.19;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥59.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.1%;在浓硫酸和氢氧化钠中放置24小时,该超细沸石粉填充复合材料不发生腐蚀。
实施例2、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),87%,
红辉沸石粉(粒度0.1μm),10%,
石墨 (30μm),3%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀(转速为3500r.p.m),然后在35Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为3分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以30℃/小时的升温速率加热,当温度到达290 ℃时保温30分钟;然后继续以60℃/小时升温速率加热至375℃,保温0.6小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至290 ℃时保温30分钟,再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.0豪克,摩擦系数≤0.20;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥60.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.0%;在浓硫酸和氢氧化钠中放置24小时,该超细高岭土填充复合材料不发生腐蚀。
实施例3、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),90%,
丝光沸石粉(粒度0.1μm),9%,
MoS2 (粒度 20 nm),1%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀(转速为3500r.p.m),然后在35Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为5分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以60℃/小时的升温速率加热,当温度到达285 ℃时保温0.5小时;然后继续以60℃/小时升温速率加热至370℃,保温0.5小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至285 ℃时保温30分钟,再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.0豪克,摩擦系数≤0.19;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥58.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤1.9%;在浓硫酸和氢氧化钠中放置24小时,该超细沸石粉填充复合材料不发生腐蚀。
实施例4、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),90%,
丝光沸石粉 (粒度0.1μm),5%,
玻璃纤维 (长约37.5微米,直径约10.5微米),5%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀,然后在35Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为5分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以80℃/小时的升温速率加热,当温度到达300 ℃时保温0.5小时;然后继续以60℃/小时升温速率加热至380℃,保温1.0小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至300 ℃时保温30分钟,再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.5豪克,摩擦系数≤0.20;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥59.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤1.8%;在浓硫酸和氢氧化钠中放置24小时,该超细沸石粉填充复合材料不发生腐蚀。
实施例5、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),90%,
斜发沸石粉(粒度0.1μm),9%,
ZnO (粒度 60nm),1%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀,然后在35Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为5分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以100℃/小时的升温速率加热,当温度到达300 ℃时保温0.5小时;然后继续以60℃/小时升温速率加热至380℃,保温0.5小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至290 ℃时保温30分钟,再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.5豪克,摩擦系数≤0.20;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥60.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.1%。
实施例6、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),84%,
红辉沸石粉(粒度0.1μm),5%,
MoS2 (粒度 20nm),1%,
玻璃纤维 (长约37.5微米,直径约10.5微米),10%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀,然后在35Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为5分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以80℃/小时的升温速率加热,当温度到达290 ℃时保温0.5小时;然后继续以60℃/小时升温速率加热至380℃,保温0.5小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至290 ℃时保温0.5小时,再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.0豪克,摩擦系数≤0.19;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥59.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.0%;在浓硫酸和氢氧化钠中放置24小时,该超细沸石粉填充复合材料不发生腐蚀。
实施例7、一种超细沸石粉填充PTFE复合材料的制备方法,依次进行如下步骤:
1)配料:
PTFE (粒度50μm),85%,
丝光沸石粉 (粒度0.1μm),5%,
MoS2 (粒度 20nm),2%,
Al2O3 (粒度 60nm) 8%,
2)、将步骤1)配制所得的混合料放入搅拌器中高速搅拌均匀,然后在35Mpa强压下冷压成型(即,室温下压制成型),冷压时间为5分钟。
3)、将步骤2)所得的成型物放入高温烧结炉中,以80℃/小时的升温速率加热,当温度到达300 ℃时保温0.5小时,然后以80℃/小时的升温速率加热,当温度到达370 ℃时保温0.5小时。
4)、将步骤3)所得的烧结产物以60℃/小时的速率降温至290 ℃时保温30分钟,再自然冷却至室温,得超细沸石粉填充PTFE复合材料。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.0豪克,摩擦系数≤0.19;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥61.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤1.7%;在浓硫酸和氢氧化钠中放置24小时,该超细沸石粉填充复合材料不发生腐蚀。
为了充分证明本发明的技术优势所在,发明人还进行了如下的对比试验:
对比例1、将实施例7步骤1)中的配料作如下更改:
取消Al2O3的使用,将MoS2的用量比由2%改成10%;其余同实施例7。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.0豪克,摩擦系数≤0.19;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥59.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.1%。
对比例2、将实施例7步骤1)中的配料作如下更改:
取消MoS2的使用,将Al2O3的用量比由8%改成10%;其余同实施例7。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤2.4豪克,摩擦系数≤0.20;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥60.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.0%。
对比例3、将实施例7步骤1)中的配料作如下更改:
取消MoS2和Al2O3的使用,将PTFE的用量比由85%改成94.5%,将丝光沸石粉的用量比由5%改成5.5%;其余同实施例7。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≤5.0豪克,摩擦系数≤0.19;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥58.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.0%。
对比例4、将实施例7步骤1)中的配料作如下更改:
取消MoS2、Al2O3、丝光沸石粉的使用,将PTFE的用量比由85%改成100%;其余同实施例7。
该超细沸石粉填充PTFE复合材料按GB/T-3960-1983检测,其磨耗量≥500豪克,摩擦系数≤0.18;按GB-T2411-1980检测,其中邵氏硬度≥57.0;按ASTM D955检测,其收缩率≤2.1%。
对比例5、将实施例7步骤1)中的配料作如下更改:
将Al2O3分别改成氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化锆、氧化铜、氧化钛、氧化铁、氧化镍、氧化镁;含量不变,其余均同实施例7。
复合材料的其余性能数据如表1所述:
表1
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。