CN104004254A - 一种高强度防腐蚀塑料阀芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度防腐蚀塑料阀芯，按照质量百分比由以下成分组成：聚乙烯70-80%，超高分子量聚乙烯2-5%，乙烯-四氟乙烯共聚物3-10%，增强剂2-10%，纳米氮化硅0.5-2%，填充剂1-5%、偶联剂0.5-2%，通过科学的制备方法，生产出的阀芯耐腐蚀，强度高、耐冲击、耐磨损、自润滑性和优异的尺寸稳定性，已经具备代替金属阀芯的可能性和实用性。

Description

一种高强度防腐蚀塑料阀芯及其制备方法
技术领域
    本发明属于阀门制造技术领域，具体涉及一种高强度防腐蚀塑料阀芯及其制备方法。
背景技术
在工业发达的现代化时代，阀门在石油、化工、冶金等领域有着十分重要的作用，目前国内绝大部分的阀门都是采用金属材料制成的阀芯，金属材料制成的阀芯因为其使用安全，而且使用寿命长而受到人们的青睐。但是随着社会的发展，金属资源的逐渐短缺，导致用于生产制造阀芯的金属材料的价格不断上涨，因此企业生产水龙头的成本不断增加，严重影响了企业的社会竞争力；现在市面上也已经出现了PTFE塑料阀芯， PTFE塑料常用于化工生产中，可在强酸强碱下工作较长时间（几年甚至十几年），但是也免不了会被其他物质腐蚀（变色等），而且PTFE塑料阀芯太贵，不实用，而且塑料阀芯基本与金属材料制成的阀芯结构相同，强度低，使用时间短，因此制约了塑料阀芯的大规模发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种高强度防腐蚀塑料阀芯及其制备方法，生产出的阀芯耐腐蚀，刚性、强度成倍提高。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：按照质量百分比由以下成分组成：聚乙烯70-80%，超高分子量聚乙烯2-5%，乙烯-四氟乙烯共聚物3-10%，增强剂2-10%，纳米氮化硅0.5-2%，填充剂1-5%、偶联剂0.5-2%。
作为本发明的一种改进，所述增强剂为玻璃纤维、碳纤维、钢纤维中的一种或几种。
作为本发明的一种改进，所述填充剂重质碳酸钙、滑石粉中的一种或两种。
作为本发明的一种改进，所述偶联剂按照质量百分比由以下成分组成：三异硬脂酰基钛酸异丙酯60-70%，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷30-40%。
作为本发明的一种改进，所述超高分子量聚乙烯的分子量在150-200万。
一种高强度防腐蚀塑料阀芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）用偶联剂对填充剂进行表面改性处理，得到改性填充剂；
（2）将聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物在50-70℃烘4-6小时，用80目的筛板过滤，纳米氮化硅在70-95℃烘2-4小时，与增强剂、填充剂、改性填充剂全部加入高速混合器中搅拌均匀；     
（3）将搅拌均匀的混合物从注道口注入模具中，将模具在310-350℃恒温烘箱中旋转加热45-60分钟，
（4）取出用油压机加压模具，压力为20kg/cm2，时间为20-30分钟，加大压力至40kg/cm2，时间为30-60分钟；
（5）将模具在150-200℃恒温烘箱中加热30-40分钟；
（6）取出，在注道口接入压力管，输入0.3-0.4Mpa的压力，用油压机加压模具，压力为80-100kg/cm2，直至模具冷却后开模修整即可。
本发明以聚乙烯为主要原料，辅以超高分子量聚乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、纳米氮化硅、增强剂、填充剂、填充剂、偶联剂，经过科学的制备方法，制作出的高强度防腐蚀塑料阀芯具有极高的抗腐蚀性能，强度高和耐冲击、耐磨损、自润滑性和优异的尺寸稳定性，而且，耐低温高温性能优异，在-40℃-100℃时仍具有较高的冲击强度，本发明所述阀芯的性能指标为密度1.06-1.15/g.cm3，抗拉强度58-75/Mpa，抗压强度24-29/Mpa，抗弯强度95-134/Mpa，硬度45-52HRC，收缩率0.1-0.3%。
本发明以聚乙烯为主要原料，性价比高，加入2-5%超高分子量聚乙烯可以提高强度和耐冲击性，并且可以使原料在制备时收缩率减少70-80%，加入3-10%乙烯-四氟乙烯共聚物，使阀芯韧性加大，耐热、耐化学性能和电绝缘性能也能够得到很大提高，拉伸强度比市场上的PTFE阀芯高80-120%，加入粒度小于20nm级的纳米氮化硅，采用热压法制备阀芯，纳米氮化硅粒子可以较均匀分散在基体中,有效地阻碍了聚乙烯分子链段的运动和规整排列，红外光谱分析表明,纳米氮化硅粒子与聚乙烯分子之间存在着氢键作用力,因而可以极大增强阀芯的强度和刚性，研究表明在150-160℃，0.3-0.4Mpa的压力下，塑料会快速而且完全的聚合，因此在此条件下进行二次热压会使阀芯强度高和耐冲击和优异的尺寸稳定性，在原料里加入填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本，而且填充剂还能够使脱模时简单方便，加入三异硬脂酰基钛酸异丙酯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按比例混合的偶联剂，在用于重质碳酸钙填充聚乙烯时能较大地提高耐冲击性和机械强度，在加工时，采用压缩的方法，在填料之初模具不完全闭合，当上了进入模具后，利用锁模机构闭合模具，向型腔内的熔料施加压力来压缩成型。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种高强度防腐蚀塑料阀芯及其制备方法，生产出的阀芯耐腐蚀，强度高、耐冲击、耐磨损、自润滑性和优异的尺寸稳定性，已经具备代替金属阀芯的可能性和实用性。
具体实施方式
实施例1
一种高强度防腐蚀塑料阀芯，按照质量百分比由以下成分组成：聚乙烯80%，分子量为180万的超高分子量聚乙烯4%，乙烯-四氟乙烯共聚物5%，玻璃纤维4%，粒度为10nm的纳米氮化硅1%，重质碳酸钙5%、偶联剂1%。
所述偶联剂按照质量百分比由以下成分组成：三异硬脂酰基钛酸异丙酯60%，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷40%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）用偶联剂对填充剂进行表面改性处理，得到改性填充剂；
（2）将聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物在60℃烘5小时，用80目的筛板过滤，纳米氮化硅在70℃烘3小时，与增强剂、填充剂、改性填充剂全部加入高速混合器中搅拌均匀；     
（3）将搅拌均匀的混合物从注道口注入模具中，将模具在320℃恒温烘箱中旋转加热50分钟，
（4）取出用油压机加压模具，压力为20kg/cm2，时间为25分钟，加大压力至40kg/cm2，时间为50分钟；
（5）将模具在150-200℃恒温烘箱中加热30分钟；
（6）取出，在注道口接入压力管，输入0.3Mpa的压力，用油压机加压模具，压力为100kg/cm2，直至模具冷却后开模修整即可。
加工出的阀芯密度1.06/g.cm3，抗拉强度58/Mpa，抗压强度25/Mpa，抗弯强度105/Mpa，硬度52HRC，收缩率0.3%。
实施例2
一种高强度防腐蚀塑料阀芯，按照质量百分比由以下成分组成：聚乙烯75%，分子量为190万的超高分子量聚乙烯4%，乙烯-四氟乙烯共聚物8%，钢纤维7%，粒度为15nm的纳米氮化硅2%，滑石粉3%、偶联剂1%。
所述偶联剂按照质量百分比由以下成分组成：三异硬脂酰基钛酸异丙酯70%，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷30%。
一种高强度防腐蚀塑料阀芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）用偶联剂对填充剂进行表面改性处理，得到改性填充剂；
（2）将聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物在70℃烘6小时，用80目的筛板过滤，纳米氮化硅在95℃烘4小时，与增强剂、填充剂、改性填充剂全部加入高速混合器中搅拌均匀；     
（3）将搅拌均匀的混合物从注道口注入模具中，将模具在310-350℃恒温烘箱中旋转加热45-60分钟，
（4）取出用油压机加压模具，压力为20kg/cm2，时间为30分钟，加大压力至40kg/cm2，时间为30-60分钟；
（5）将模具在180℃恒温烘箱中加热30分钟；
（6）取出，在注道口接入压力管，输入0.3-0.4Mpa的压力，用油压机加压模具，压力为100kg/cm2，直至模具冷却后开模修整即可。
加工出的阀芯密度1.09/g.cm3，抗拉强度64/Mpa，抗压强度27/Mpa，抗弯强度122/Mpa，硬度51HRC，收缩率0.2%。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：按照质量百分比由以下成分组成：聚乙烯70-80%，超高分子量聚乙烯2-5%，乙烯-四氟乙烯共聚物3-10%，增强剂2-10%，纳米氮化硅0.5-2%，填充剂1-5%、偶联剂0.5-2%。
2.根据权利要求1所述的一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：所述增强剂为玻璃纤维、碳纤维、钢纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：所述填充剂重质碳酸钙、滑石粉中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：所述偶联剂按照质量百分比由以下成分组成：三异硬脂酰基钛酸异丙酯60-70%，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷30-40%。
5.根据权利要求1所述的一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯的分子量在150-200万。
6.根据权利要求1所述的一种高强度防腐蚀塑料阀芯，其特征在于：所述纳米氮化硅的粒度为10-15nm。
7.一种高强度防腐蚀塑料阀芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）用偶联剂对填充剂进行表面改性处理，得到改性填充剂；
（2）将聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物在50-70℃烘4-6小时，用80目的筛板过滤，纳米氮化硅在70-95℃烘2-4小时，与增强剂、填充剂、改性填充剂全部加入高速混合器中搅拌均匀；     
（3）将搅拌均匀的混合物从注道口注入模具中，将模具在310-350℃恒温烘箱中旋转加热45-60分钟，
（4）取出用油压机加压模具，压力为20kg/cm2，时间为20-30分钟，加大压力至40kg/cm2，时间为30-60分钟；
（5）将模具在150-200℃恒温烘箱中加热30-40分钟；
（6）取出，在注道口接入压力管，输入0.3-0.4Mpa的压力，用油压机加压模具，压力为80-100kg/cm2，直至模具冷却后开模修整即可。
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