CN104558986A - 一种改性四氟及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性四氟，主要由石墨、铜粉、玻璃纤维、二硫化钼和聚四氟乙烯粉体制成。本发明制成的改性四氟混合填充了石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼，对四氟的耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形得到了很大的提高。

Description

一种改性四氟及其制备方法
技术领域
本发明目的在于提供一种改性四氟及其制备方法，属于四氟材料的领域。
背景技术
四氟是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。聚四氟乙烯（四氟）几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在300℃以上稍溶于全烷烃（约0.1g/100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。
聚四氟乙烯可采用压缩或挤出加工成型，也可制成水分散液，用于涂层、浸渍或制成纤维。聚四氟乙烯在原子能、航天、电子、电气、化工、机械、仪器、仪表、建筑、纺织、食品等工业中广泛用作耐高低温、耐腐蚀材料，绝缘材料，防粘涂层等。
尽管PTFE性能稳定，但作为密封材料仍存在耐磨性差、不耐高温、不耐腐蚀、易变形等问题，通过混合填充能够极大地提高了复合材料的耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形的性能，在机械、化工、交通运输及航空航天等领域得到广泛应用，因此，发明一种能够提高材料耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形的性能的聚四氟乙烯是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性四氟及其制备方法。所述改性四氟混合填充了石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼，对四氟的耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形得到了很大的提高。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案实现：
一种改性四氟，包括石墨5%-28%、铜粉6%-25%、玻璃纤维2%-20%、二硫化钼2%-10%和余量的聚四氟乙烯粉体。
前述的改性四氟中，按照体积份计算，包括石墨10%-25%、铜粉8%-22%、玻璃纤维5%-18%、二硫化钼3%-8%和余量的聚四氟乙烯粉体。
前述的改性四氟中，按照体积份计算，包括石墨20%、铜粉15%、玻璃纤维10%、二硫化钼5%和余量的聚四氟乙烯粉体。
一种前述的改性四氟的制备方法，按照下述步骤进行制备：
A.将铜粉、玻璃纤维、二硫化钼以及聚四氟乙烯粉体在70～180℃下烘烤1～5小时，得A品；
B.在常温，湿度为30%的条件下，将A品放入到搅拌机中，再加入石墨搅拌5-50min，得B品；
C.将B品放入压机中压制成型，然后放入烧结炉中，再以20～100℃/h速度升温至360～380℃，保持360～380℃的温度烧结3～4个小时，烧结后常温自然冷却，24小时后，即得。
一种前述的改性四氟的制备方法，按照下述步骤进行制备：
A.将铜粉、玻璃纤维、二硫化钼以及聚四氟乙烯粉体在90～120℃下烘烤1～2小时，得A品；
B.在常温，湿度为30%的条件下，将A品放入到搅拌机中，再加入石墨搅拌10-30min，得B品；
C.将B品放入压机中压制成型，然后放入烧结炉中，再以60～70℃/h速度升温至360～380℃，保持360～380℃的温度烧结3～4个小时，烧结后常温自然冷却，24小时后，即得。
本发明中，所述改性四氟以石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼为主，其中，石墨具有层状结构，是一种重要的固体润滑剂，可以降低PTFE的摩擦系数和磨损率，同时能够改善PTFE的压缩蠕变性、尺寸稳定性和导热性，另一方面添加石墨还可以改善PTFE复合材料的抗静电性能；二硫化钼用于摩擦材料主要功能是低温时减摩，高温时增摩，烧失量小，在摩擦材料中易挥发；玻璃纤维的存在阻止了PTFE的带状结构的大面积破坏，并能促进磨损过程中的转移膜的生成，故可以大大降低复合材料的磨损，且玻璃纤维降低复合材料磨损的效果比碳纤维还要好。
此外，本发明所述的改性四氟混合填充了石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼，对四氟的耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形得到了很大的提高。
虽然上述原料能改变四氟的性能，但是石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼的添加量对材料的影响非常大。如铜粉体积份过小，不能提升聚四氟乙烯粉体的耐高温的性能，铜粉体积份过大，在潮湿的空气中容易被氧化，遇强酸就失去了耐腐蚀性能；石墨体积份过小，不能有效提升聚四氟乙烯粉体的导热和耐高温的性能，石墨的加入起到了减小摩擦的作用，能表现出优异抗磨性能，石墨体积份过大，会影响聚四氟乙烯粉体的耐变形；玻璃纤维的体积份不易过小，否则并不能有效提升聚四氟乙烯粉体的耐变形的性能，玻璃纤维的体积份不易过大，否则不利于制备得到成品；二硫化钼对磨损表面形成厚度适当且分布均匀的转移膜，提高抗磨性能，降低磨损率，二硫化钼的体积份不易过小，过小达不到提高抗磨性能的效果，过高又会使得原材料的浪费。因此，石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼的添加量非常重要。本发明人经过大量的实验研究发现，向聚四氟乙烯粉体中分别加入石墨10%-25%、铜粉8%-22%、玻璃纤维5%-18%和二硫化钼3%-8%时，可有效改善聚四氟乙烯的性能，增加其耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形的性能。最佳添加量为：石墨20%、铜粉15%、玻璃纤维10%和二硫化钼5%。
发明人对本发明的制作工艺进行了大量的实验研究，如下：
实验例1
一、原料：
1、本发明改性四氟垫片：按照实施例1的方法进行制备。
2、聚四氟乙烯垫片：成都森发橡塑有限公司生产。
3、黑四氟垫片（石墨改性四氟垫片）：太仓市凯诺石墨密封制品有限公司生产。
4、结果：
取上述三种垫片进行实验，分别放入80%浓度的硫酸中3天，对垫片的腐蚀程度进行比较，*越多，说明腐蚀程度越小，耐腐蚀越好。结果见表1。
实验结果显示，本发明制作的改性四氟垫片腐蚀程度最小。
二、磨耗实验
由于PTFE和石墨都易分子滑移,产生冷流,是一种良好固体润滑剂。这种良好的自润滑性,有利于转移膜的生成。而且玻璃纤维、石墨的加入,由于范得华力以及石墨粒子和玻璃纤维的增强作用的影响,有利于增加金属与薄膜的粘着性,使它们与PTFE分子链间的胶接力加强,保护薄膜不被磨损。另外,对磨时石墨也能起到分散局部发热现象,即使转移膜局部有损,由于胶接力强,耐磨性很好的玻璃纤维和石墨也能参加磨损。因此,改性四氟摩擦系数降低。
从表2中可以看出本发明改性四氟垫片磨痕宽度最小,显微镜下可看出其结晶度最大,分子排列规正,分子链不易滑脱去形成转移膜,而且此时硬度大,所以耐磨。
三、冲击强度实验
    将上述原料分别做冲击强度实验，结果见表3。
如表3所示，本发明改性四氟垫片的冲击强度较大。
四、压缩强度实验
   将上述原料分别做压缩强度实验，结果见表4。
如表4所示，本发明改性四氟垫片的压缩强度最大。
与现有技术相比，本发明所述的改性四氟混合填充了石墨、铜粉、玻璃纤维和二硫化钼，对四氟的耐磨、耐高温、耐腐蚀和耐变形得到了很大的提高。达到了发明目的。
具体实施方式
实施例1
配方：石墨20%、铜粉15%、玻璃纤维10%、二硫化钼5%、聚四氟乙烯粉体50%。
工艺：按照下述步骤进行制备：
A.将铜粉、玻璃纤维、二硫化钼以及聚四氟乙烯粉体在90～120℃下烘烤1～2小时，得A品；
B.在常温，湿度为30%的条件下，将A品放入到搅拌机中，再加入石墨搅拌10-30min，得B品；
C.将B品放入压机中压制成型，然后放入烧结炉中，再以60～70℃/h速度升温至360～380℃，保持360～380℃的温度烧结3～4个小时，烧结后常温自然冷却，24小时后，即得。
实施例2
配方：石墨15%、铜粉10%、玻璃纤维8%、二硫化钼3%、聚四氟乙烯粉体%。
工艺：按照下述步骤进行制备：
A.将铜粉、玻璃纤维、二硫化钼以及聚四氟乙烯粉体在70～180℃下烘烤1～5小时，得A品；
B.在常温，湿度为30%的条件下，将A品放入到搅拌机中，再加入石墨搅拌5-50min，得B品；
C.将B品放入压机中压制成型，然后放入烧结炉中，再以20～100℃/h速度升温至360～380℃，保持360～380℃的温度烧结3～4个小时，烧结后常温自然冷却，24小时后，即得。

Claims (5)

1. 一种改性四氟，其特征在于:按照体积份计算，包括石墨5%-28%、铜粉6%-25%、玻璃纤维2%-20%、二硫化钼2%-10%和余量的聚四氟乙烯粉体。
2.如权利要求1所述的改性四氟，其特征在于: 按照体积份计算，包括石墨10%-25%、铜粉8%-22%、玻璃纤维5%-18%、二硫化钼3%-8%和余量的聚四氟乙烯粉体。
3.如权利要求1或2所述的改性四氟，其特征在于: 按照体积份计算，包括石墨20%、铜粉15%、玻璃纤维10%、二硫化钼5%和余量的聚四氟乙烯粉体。
4.一种如权利要求1～3中任一所述的改性四氟的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行制备：
A.将铜粉、玻璃纤维、二硫化钼以及聚四氟乙烯粉体在70～180℃下烘烤1～5小时，得A品；
B.在常温，湿度为30%的条件下，将A品放入到搅拌机中，再加入石墨搅拌5-50min，得B品；
C.将B品放入压机中压制成型，然后放入烧结炉中，再以20～100℃/h速度升温至360～380℃，保持360～380℃的温度烧结3～4个小时，烧结后常温自然冷却，24小时后，即得。
5.一种如权利要求1～3中任一所述的改性四氟的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行制备：
A.将铜粉、玻璃纤维、二硫化钼以及聚四氟乙烯粉体在90～120℃下烘烤1～2小时，得A品；
B.在常温，湿度为30%的条件下，将A品放入到搅拌机中，再加入石墨搅拌10-30min，得B品；
C.将B品放入压机中压制成型，然后放入烧结炉中，再以60～70℃/h速度升温至360～380℃，保持360～380℃的温度烧结3～4个小时，烧结后常温自然冷却，24小时后，即得。
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