CN104530640A - 一种新型塑胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK70-80％，PFA20-30％。本发明还提供该新型塑胶材料的制备方法，依次包括如下步骤：a.将配方量的PEEK、PFA在105-115℃的温度下搅拌25-35min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品。本发明的新型塑胶材料，具有抗变形性能好、拉伸强度高、硬度适中等优点，本发明的制备方法简单、易操作。
Description
技术领域
本发明涉及到材料领域，具体涉及一种新型塑胶材料及其制备方法。
背景技术
在石油、医油、化工、冶金、电力等行业在传输具有腐蚀性的流体(液体及气体)时，一般会在其使用的泵阀里衬、管道里衬以及接头密封件都使用抗腐蚀特种塑胶材料加工制而成，此类材料不仅要求耐腐蚀、且要耐高温、材材料强度高。
目前，市场上的此类里衬、密封产品中目前大多数使用PFA、FEP作为里衬材料(工作温度150度以下)；在较低工作温度环境中也有使用PVDF来作为里衬材料(工作温度120度以下)。该类材料虽然耐腐蚀及酸碱性能较好，但其强度最高可使用承受强度在35MPA左右，且其材料热变形温度低，一般氟塑料在按ASTM D621定负载变形测试25摄氏度，13.7MPA强度FEP蠕变率3.5％左右，PTFE及PFA蠕变率2.7％；25摄氏度，13.7MPA，100摄氏度完全变形率测试，FEP变形率14％左右，PTFE及PFA完全变形率12％左右，升温至150摄氏度则完全变形。因此使用此类材料抗蠕变不足，致使相应里衬件及密封件，密封不好、易漏，产品随温度升高此变形越严重，使用寿命短，无法在超过125度环境正常有效工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉伸强度好、伸长率高、硬度适中、抗变形性好的新型塑胶材料，同时本发明还提供该新型塑胶材料的制备方法。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK70-80％，PFA20-30％。
PEEK，又名聚醚醚酮，它是分子主链中含有链节的线性芳香族高分子化合物。其构成单位为氧-对亚苯基-氧-羰-对亚苯基，是半结晶性、热塑性塑料；是一种性能优异的特种工程塑料，其机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨、超强的机械性能可用于高端的机械和航空等科技。
PFA，中文名称为：四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，又称过氟烷基化物或可溶性聚四氟乙烯，具有良好的耐腐蚀性和抗蠕变性能。
由于PEEK(聚醚醚酮)材料本身伸长率低(23％左右)、回弹力差、硬度高(ISO 868方法测试表观硬度84)。因此，在直接用作密封类产品时由于上述缺点使得其无法很紧密的与其他零件结合，在密封时易漏，致使无法直接用在此类密封产品中。
本发明中，优选的方案为所述新型塑胶材料由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK75％，PFA25％。
本发明还提供该新型塑胶材料的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在105-115℃的温度下搅拌25-35min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为2-3:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为308-312℃、二区温度为313-317℃、三区温度为323-327℃、四区温度为333-337℃、五区温度为343-347℃、六区温度为348-352℃，螺杆转速为35-45r/min。
本发明中，发明人通过的大量实验发现，通过对PEEK的改性(通过加入本发明配方量的PFA及采用本发明的制备方法)，使得制得的材料抗蠕变能力增强，耐温提高，其产品使用温度(超过150度)及强度范围更强，寿命更久；同时材料表观硬度要下降，利于其表面与其他金属零件结合更紧密，密封性更好。
本发明中，优选的方案为所述a步骤的搅拌在混粒机中进行。
本发明中，优选的方案为所述a步骤中PEEK、PFA在110℃的温度下搅拌30min。
本发明中，优选的方案为所述b步骤中：螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为310℃、二区温度为315℃、三区温度为325℃、四区温度为335℃、五区温度为345℃、六区温度为350℃，螺杆转速为35-45r/min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对PEEK的改性(通过加入本发明配方量的PFA以及选择的制备方法)，使得制得的材料抗蠕变能力增强，耐温提高，其产品使用温度(超过150度)及强度范围更强，寿命更久；同时材料表观硬度要下降，利于其表面与其他金属零件结合更紧密，密封性更好；此外，本发明的制备方法简单、易操作。
具体实施方式
实施例1
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK75％，PFA25％。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在110℃的温度下在混粒机中搅拌30min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为310℃、二区温度为315℃、三区温度为325℃、四区温度为335℃、五区温度为345℃、六区温度为350℃，螺杆转速为40r/min。
实施例2
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK70％，PFA30％。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在110℃的温度下在混粒机中搅拌30min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为310℃、二区温度为315℃、三区温度为325℃、四区温度为335℃、五区温度为345℃、六区温度为350℃，螺杆转速为40r/min。
实施例3
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK80％，PFA20％。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在105℃的温度下在混粒机中搅拌35min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为3:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为312℃、二区温度为317℃、三区温度为327℃、四区温度为337℃、五区温度为347℃、六区温度为352℃，螺杆转速为45r/min。
实施例4
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK73％，PFA27％。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在115℃的温度下在混粒机中搅拌25min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为3:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为312℃、二区温度为317℃、三区温度为327℃、四区温度为337℃、五区温度为347℃、六区温度为352℃，螺杆转速为45r/min。
实施例5
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK78％，PFA22％。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在112℃的温度下在混粒机中搅拌29min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为2.7:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为311℃、二区温度为316℃、三区温度为326℃、四区温度为336℃、五区温度为346℃、六区温度为351℃，螺杆转速为42r/min。
对比例1
一种新型塑胶材料，其采用与实施例1相同的配方。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在95℃的温度下在混粒机中搅拌40min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为1.8:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为305℃、二区温度为310℃、三区温度为320℃、四区温度为330℃、五区温度为340℃、六区温度为345℃，螺杆转速为33r/min。
对比例2
一种新型塑胶材料，其采用与实施例1相同的配方。
其制备方法依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在120℃的温度下在混粒机中搅拌20min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为3.2:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为313℃、二区温度为319℃、三区温度为329℃、四区温度为339℃、五区温度为349℃、六区温度为355℃，螺杆转速为48r/min。
对比例3
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK65％，PFA35％。其制备方法与实施例2中的制备方法相同。
对比例4
一种新型塑胶材料，其由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK85％，PFA15％。其制备方法与实施例3中的制备方法相同。
实验例
分别取实施例1-5、对比例1-4制得的新型塑胶材料，另分别取PEEK材料和PFA材料，接着对这11种材料的性能进行测试，测试项目包括这些材料的硬度、拉伸强度、伸长率、承载变形率，其中拉伸轻度测试采用“ASTMD638”标准中的方法进行测试；承载变形采用“ASTMD621”标准中的方法进行测试，测试条件包括三组，分别为第一组(温度为25℃、强度为13.7MPa)、第二组(温度为100℃、强度为6.9MPa)和第三组(温度为150℃、强度为6.9MPa)。具体测试结果详见下表1：
表1：性能测试数据表
从上表中数据可以看出，本发明的新材料较对比例及PEEK材料、PFA材料具有更好的抗蠕变能力和耐温性能，其产品使用温度(超过150度)及强度范围更强，材料表观硬度低，利于其表面与其他金属零件结合更紧密，密封性更好。该发明材料弥补了PEEK材料表观过硬，材料韧性及伸长不足的特点，同时又弥补了PFA等含氟材料本身软化点低，抗蠕变能力低、强度低的特点。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本方案同时适用PEEK与PVDF，FEP、ETFE等含氟材料共混改性，取得相应性能的新PEEK与含氟塑胶的复合材料，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种新型塑胶材料，其特征在于由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK70-80％，PFA20-30％。
2.根据权利要求1所述的新型塑胶材料，其特征在于由按照质量百分数计的如下组分制成：PEEK75％，PFA25％。
3.根据权利要求1所述的新型塑胶材料的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：
a.将配方量的PEEK、PFA在105-115℃的温度下搅拌25-35min，使PEEK、PFA混合均匀，得到PEEK和PFA的混合物；
b.将经过步骤1处理后得到的PEEK和PFA的混合物在熔融挤出机中熔融挤出，冷却，得到产品；
所述熔融挤出处理中，螺杆压缩比为2-3:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为308-312℃、二区温度为313-317℃、三区温度为323-327℃、四区温度为333-337℃、五区温度为343-347℃、六区温度为348-352℃，螺杆转速为35-45r/min。
4.根据权利要求3所述的新型塑胶材料的制备方法，其特征在于：所述a步骤的搅拌在混粒机中进行。
5.根据权利要求3所述的新型塑胶材料的制备方法，其特征在于：所述a步骤中PEEK、PFA在110℃的温度下搅拌30min。
6.根据权利要求3所述的新型塑胶材料的制备方法，其特征在于所述b步骤中：螺杆压缩比为2.5:1，所述熔融挤出机包括六个加热区，其中一区温度为310℃、二区温度为315℃、三区温度为325℃、四区温度为335℃、五区温度为345℃、六区温度为350℃，螺杆转速为35-45r/min。
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