CN105886093A - 一种纳米聚四氟乙烯涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米聚四氟乙烯涂料，由以下重量百分比的组分组成：纳米聚四氟乙烯：15‑30％，阿拉伯树脂：20‑40％，聚乙烯醇：2‑5％，余量的水。应用时将纳米聚四氟乙烯涂料浸涂在钛金属丝上并烘干，再对烘干后的钛金属丝进行拉拔，然后用热水清洗掉拉拔好的钛金属丝表面的纳米聚四氟乙烯涂料并烘干。本发明的纳米聚四氟乙烯涂料具有优异的润滑性能，能够很好地浸涂在待拉拔的钛金属光滑的表面，不仅简化了拉拔工艺，从而降低了生产成本，还提高了钛金属丝的质量和使用寿命，并极大地减少了石墨粉造成的环境污染及对操作人员带来的健康问题，具有广泛的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种纳米聚四氟乙烯涂料及其制备方法和应用。
背景技术
聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，其相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万(聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103)，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢原子稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，直径更大的氟原子取代了氢原子把碳原子紧紧包围，未成键氟原子间排斥作用较大，形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。聚四氟乙烯(＝CF2＝)的碳氟键是键能最高的单键，由于聚四氟乙烯分子是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PTFE是目前摩擦系数最低的聚合物，聚四氟乙烯微粒是非常优异的润滑材料。
中国专利CN200910195197.8，公开了一种聚四氟乙烯纳米级粉料及其制备方法，将聚四氟乙烯材料粉碎到20-50nm，使得其摩擦系数明显下降，润滑性能提高，抗极压能力提高了约3倍，是一种润滑性能优异的润滑材料。
钛金属丝的加工方法主要有旋锻、轧制和拉拔，其中拉拔工艺能够获得更好的组织性能和表面精度，而拉拔工艺种的浸沾润滑涂层步骤中需要用到润滑材料。现有技术中，拉拔工艺一般采用的生产工艺流程为：盘条精整-检验-固溶处理-浸沾润滑涂层-烘干-拉拔-酸洗-精整-检验-固溶处理-浸沾润滑涂层-烘干-拉拔-酸洗-固溶处理-检验-包装-入库。
现有技术中钛金属丝的拉拔工艺(如图1所示)常采用石墨粉涂料作为润滑材料，由于石墨粉涂料的摩擦系数较大，导致石墨粉涂料不易浸涂在光亮的钛金属丝表面，因此，拉拔前常需要将钛金属丝经高温氧化形成氧化皮以增大钛金属丝表面摩擦，从而提高钛金属丝表面润滑材料的浸涂力。按照这样的工艺，涂了石墨涂料的钛金属丝经过2次拉拔后又需要再涂一次石墨涂料，然后再经2次拉拔，且拉拔后需采用酸洗的方法将其表面的氧化皮除去，并进行抛光处理才能得到表面光亮的钛金属丝。
综上所述，现有技术存在如下缺陷：1)石墨粉涂料摩擦系数大，不易涂于钛金属丝表面，拉拔过程中不仅需要先将钛金属高温氧化，且拉拔过程中需要2次涂石墨涂料，导致拉拔工艺繁琐；2)酸洗不仅需要消耗大量的酸和水，排放前还需要对酸水进行pH值处理，导致其后处理成本高，如果处理不好将会造成环境污染；3)酸溶液中的大量的氢离子对钛金属丝造成氢损伤，直接降低钛金属丝的质量和使用寿命；4)由于石墨粉的重量较轻，施工时会飞扬至空气中，在施工现场易造成严重的粉尘污染且会对人的眼睛和肺造成极大的伤害。因此，传统的钛金属拉拔工艺因采用石墨粉涂料作为润滑材料不仅导致拉拔工艺步骤繁琐从而增加生产成本，还降低钛金属丝的质量并导致环境污染和健康危害。
因此，研发一种润滑性能优异的涂料，能够有效浸涂在待拉拔的钛金属丝光亮的表面，从而省去传统工艺中的高温氧化、酸洗及抛光步骤，简化钛金属丝的拉拔工艺，缩短工艺流程，降低生产和操作成本，提高钛金属丝的质量就具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于改进现有钛金属丝拉拔工艺中所使用的润滑材料摩擦系数大，不易浸涂于钛金属丝表面，导致拉拔工艺繁琐且产生环境污染的问题，从而提供一种润滑性能优异的纳米聚四氟乙烯涂料。
本发明的第二个目的在于提供所述纳米聚四氟乙烯涂料的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供所述纳米聚四氟乙烯涂料作为钛金属丝拉拔工艺润滑材料的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下解决方案：
一种纳米聚四氟乙烯涂料，由以下重量百分比的组分组成：
纳米聚四氟乙烯：15-30％；
阿拉伯树脂：20-40％；
聚乙烯醇：2-5％；
余量的水。
所述的纳米聚四氟乙烯涂料的制备方法，包括以下工艺步骤：
1)称取配方量的纳米聚四氟乙烯、阿拉伯树脂和聚乙烯醇置于容器中；
2)加入余量的水，不断搅拌，搅拌过程中控制搅拌速度为1500-2000转/分钟，同时加热容器，控制体系温度为40-80℃，搅拌时间为80-100分钟。
所述的纳米聚四氟乙烯涂料在钛金属丝拉拔工艺中的应用。
进一步地，所述钛金属丝拉拔工艺包括以下工艺步骤：
1)将纳米聚四氟乙烯涂料浸涂在钛金属丝上；
2)将浸涂了纳米聚四氟乙烯涂料的钛金属丝烘干；
3)对烘干后的钛金属丝进行拉拔；
4)用热水清洗掉拉拔好的钛金属丝表面的纳米聚四氟乙烯涂料；
5)烘干。
进一步地，所述步骤1)中的所述浸涂步骤将钛金属丝浸在纳米聚四氟乙烯涂料中1-5分钟。
进一步地，所述步骤1)中的所述浸涂步骤将纳米聚四氟乙烯涂料直接涂在钛金属丝上。
进一步地，所述步骤2)中的烘干温度为30-80℃。
进一步地，所述步骤3)中拉拔次数为四次。
进一步地，所述步骤4)中的所述热水温度为40-80℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
本发明的纳米聚四氟乙烯涂料具有优异的润滑性能，能够很好地浸涂在待拉拔的钛金属光滑的表面，从而可省去传统拉拔工艺中的高温氧化、酸洗及抛光步骤，只需浸涂一次纳米聚四氟乙烯涂料便可直接经四次拉拔，制备得到光亮的钛金属丝工艺，其拉拔后只需采用热水即可清洗掉浸涂的纳米聚四氟乙烯涂料，不仅简化了工艺过程，从而降低了生产成本，还提高了钛金属丝的质量和使用寿命，且能够有效减少模具磨损，从而延长模具的使用寿命；同时极大地减少了石墨粉造成的环境污染及对操作人员带来的健康问题，具有广泛的工业应用前景。
附图说明
图1采用石墨粉涂料作为润滑涂料的传统钛金属丝拉拔工艺流程。
图2采用本发明的纳米聚四氟乙烯涂料作为润滑涂料的钛金属丝拉拔工艺流程。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明做进一步详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
以下实施例中所使用的原料纳米聚四氟乙烯，可按专利CN200910195197.8中的制备方法制备，其他辅料均可通过市售获得。
纳米聚四氟乙烯涂料配方：
按以下表1所示的配方，制备纳米聚四氟乙烯涂料。
表1纳米聚四氟乙烯涂料配方
纳米聚四氟乙烯涂料制备步骤：
1)称取配方量的纳米聚四氟乙烯、阿拉伯树脂和聚乙烯醇置于100-200升的容器中；
2)加入余量的水，不断搅拌，搅拌过程中控制搅拌速度在1500-2000转/分钟，同时加热容器，控制体系温度在40-80℃，搅拌时间为80-100分钟。
实施例1-3：
根据配方1-3和具体制备方法制备得到实施例1-3的纳米聚四氟乙烯涂料。
获得的纳米聚四氟乙烯涂料样品进一步用于后续的实施例。
实施例4：纳米聚四氟乙烯涂料在钛金属丝拉拔工艺中的应用
传统采用石墨粉涂料的钛金属丝拉拔工艺流程如图1所示，本发明的纳米聚四氟乙烯涂料涂在钛金属丝拉拔工艺中应用的具体工艺流程如图2所示，具体工艺步骤如下：
1)将钛金属丝浸在纳米聚四氟乙烯涂料中1-5分钟；
2)将浸过纳米聚四氟乙烯涂料的钛金属丝在30-80℃烘干1-30分钟；
3)对烘干后的钛金属丝进行四次拉拔；
4)用40-80℃热水清洗掉拉拔好的钛金属丝表面的纳米聚四氟乙烯涂料；
5)烘干。
经过检测，得到的钛金属丝合格。
实施例5：纳米聚四氟乙烯涂料在钛金属丝拉拔工艺中的应用
本发明的纳米聚四氟乙烯涂料涂在钛金属丝拉拔工艺中应用的具体工艺流程如图2所示，具体工艺步骤如下：
1)将纳米聚四氟乙烯涂料直接涂在钛金属丝上；
2)将涂了纳米聚四氟乙烯涂料的钛金属丝在30-80℃烘干1-30分钟；
3)对烘干后的钛金属丝进行四次拉拔；
4)用40-80℃热水清洗掉拉拔好的钛金属丝表面的纳米聚四氟乙烯涂料；
5)烘干。
经过检测，得到的钛金属丝合格。
综上所述，本发明的纳米聚四氟乙烯涂料具有优异的润滑性能，能够很好地浸涂在待拉拔的钛金属光滑的表面，从而可省去传统拉拔工艺中的高温氧化、酸洗及抛光步骤，只需浸涂一次纳米聚四氟乙烯涂料便可直接经四次拉拔，制备得到光亮的钛金属丝工艺，其拉拔后只需采用热水即可清洗掉浸涂的纳米聚四氟乙烯涂料，不仅简化了工艺过程，从而降低了生产成本，还提高了钛金属丝的质量和使用寿命，且能够有效减少模具磨损，从而延长模具的使用寿命；同时极大地减少了石墨粉造成的环境污染及对操作人员带来的健康问题，具有广泛的工业应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种纳米聚四氟乙烯涂料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：
纳米聚四氟乙烯：15-30％；
阿拉伯树脂：20-40％；
聚乙烯醇：2-5％；
余量的水。
2.如权利要求1所述的纳米聚四氟乙烯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
1)称取配方量的纳米聚四氟乙烯、阿拉伯树脂和聚乙烯醇置于容器中；
2)加入余量的水，不断搅拌，搅拌过程中控制搅拌速度为1500-2000转/分钟，同时加热容器，控制体系温度为40-80℃，搅拌时间为80-100分钟。
3.如权利要求1所述的纳米聚四氟乙烯涂料在钛金属丝拉拔工艺中的应用。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述钛金属丝拉拔工艺包括以下工艺步骤：
1)将纳米聚四氟乙烯涂料浸涂在钛金属丝上；
2)将浸涂了纳米聚四氟乙烯涂料的钛金属丝烘干；
3)对烘干后的钛金属丝进行拉拔；
4)用热水清洗掉拉拔好的钛金属丝表面的纳米聚四氟乙烯涂料；
5)烘干。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述步骤1)中的所述浸涂步骤将钛金属丝浸在纳米聚四氟乙烯涂料中1-5分钟。
6.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述步骤1)中的所述浸涂步骤直接将纳米聚四氟乙烯涂料涂在钛金属丝上。
7.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述步骤2)中的烘干温度为30-80℃。
8.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述步骤3)中拉拔次数为四次。
9.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述步骤4)中的所述热水温度为40-80℃。
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