CN106398062A - 一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈 - Google Patents

一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti3SiC2填充的碳纳米‑聚四氟乙烯阀门密封圈，由如下重量份的组分制备而成：聚四氟乙烯100份、碳纳米管5‑8份、苯酚8‑10份、对甲基苯甲酸8‑10份、膨润土1‑2份、二苯醚5‑8份、钛酸丁酯1‑3份、60‑70%次氯酸钠20‑25份、EDTA 20‑25份、氨水40‑50份、无水乙醇80‑100份、钛粉3‑5份、聚碳硅烷4‑5份、二甲苯18‑20份、二硫化钼1‑2份、硅烷偶联剂kh550 1‑3份、氯化铵9‑10份、尿素30‑35份、水30‑35份。本发明公开的密封圈具有良好的密封性能，更强的耐渗透性，耐磨损、硬度高、低蠕变、使用寿命长等众多优异性能。

Description

一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈
技术领域
本发明属于阀门密封圈领域，具体涉及一种Ti3SiC2填充聚四氟乙烯阀门密封圈及其制备方法与应用。
背景技术
聚四氟乙烯（PTFE）以其高度的化学稳定性，极强的耐高、低温性能，突出的不粘性，良好的润滑性，优异的电绝缘性、耐老化性，极小的吸水性等，使其在航空航天、石油化工、机械工业、电子电器、食品工业、纺织等领域具有广泛的应用．但也因其存在机械性能较差，线膨胀系数大，耐蠕变性差，耐磨损性差，硬度低，成型和二次加工困难等缺陷，使其应用范围受到一定的限制。为了改善和克服纯PTFE的缺陷，常采用表面改性，填充改性和共混改性等手段来提高其综合性能，其中尤以填充改性最为简单、价格低、效果好而得以普遍采用。然而填料材料会导致聚四氟乙烯的多孔性，并造成变色或污染。
三元层状碳化物Ti3SiC2是Ti-Si-C系列中唯一的真正的三元化合物，属六方晶系。Ti3SiC2既具有金属的优异性能，如在常温时有很好的导热和导电性能，良好的抗热震性和易加工以及高温塑性；同时它又具有陶瓷的优异性能，如高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和高温强度高以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
本发明通过以聚苯酯修饰碳纳米管，再制备Ti3SiC2粉末，最后制备Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。本发明公开的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈具有良好的密封性能，更强的耐渗透性，耐磨损、硬度高、低蠕变、使用寿命长等众多优异性能。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，该碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈耐高温、耐腐蚀、使用寿命长。
本发明的另一目的在于提供上述耐磨损、硬度高的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备方法。
一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，其特征在于，所述阀门密封圈由如下重量份的组分制备而成：聚四氟乙烯100份、碳纳米管5-8份、苯酚8-10份、对甲基苯甲酸8-10份、膨润土1-2份、二苯醚5-8份、钛酸丁酯1-3份、60-70%次氯酸钠20-25份、EDTA20-25份、氨水40-50份、无水乙醇80-100份、钛粉3-5份、聚碳硅烷4-5份、二甲苯18-20份、二硫化钼1-2份、硅烷偶联剂kh550 1-3份、氯化铵9-10份、尿素30-35份、水30-35份。
一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，其特征在于，所述阀门密封圈由如下步骤制备而成：
（1）碳纳米管的的活化
A 碳纳米管的氧化改性
先将二硫化钼分散在60-70%次氯酸钠溶液中，再加入碳纳米管搅拌10-12h，抽滤，滤饼放入无水乙醇中超声20-30min，在50-60℃真空干燥20-30h，的到氧化改性的碳纳米管；
B 碳纳米管的活化
将EDTA和氧化改性的碳纳米管分散在氨水中，50-70℃，PH为5-7条件下超声1-3h，静置1-2h，过滤，滤饼浸入在氯化铵、尿素、水的混合液中超声1-3h，静置1-2h，过滤，50-60℃真空干燥20-30h，的到活性碳纳米管；
（2）聚苯酯修饰碳纳米管
将活性碳纳米管、苯酚、对羟基苯甲酸加入二苯醚中超声分散1-3h，在加入催化剂钛酸丁酯，70-90℃酯化8-10h，加入膨润土，超声分散0.5-1h，提高反应温度到180-200℃进行缩聚，缩聚20-30h，得到聚苯酯修饰碳纳米管。
（3）Ti3SiC2粉末的制备
将钛粉和聚碳硅烷混合并溶于有机溶剂，搅拌，混合均匀、烘干；对烘干的粉料低温裂解，温度为800℃-1200℃，保温时间0.5-2h，升温速度2-7℃/min，获得初步反应物；对初步反应物高温处理，温度为1400-1600℃，保温时间0.5-2h，升温速度2-7℃/min；研磨筛分得到Ti3SiC2粉末；
（4）碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备
先将聚苯酯修饰碳纳米管进行球磨，球磨后聚苯酯修饰碳纳米管与聚四氟乙烯树脂、Ti3SiC2粉末混合后，再将硅烷偶联剂kh550喷洒在其中，在40～100℃下干燥，将干燥的混合原料在20～60MPa冷模压成型，加压速率5-10MPa/min并保压1～30min；再将成型的产品进行烧结，冷却至室温，即获得本发明所制备的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。
所述聚四氟乙烯树脂为悬浮聚四氟乙烯树脂，其粒径分布为15～60μm；所述Ti3SiC2粉末、二硫化钼、膨润土的粒径为10～50μm；球磨后聚苯酯修饰碳纳米管的粒径为10-50μm。
相比于其他的聚四氟乙烯阀门密封圈，本发明提供的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈具有金属的优异性能，耐磨性能好，高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和高温强度高以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
具体实施方式
一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，由如下重量份的组分制备而成：聚四氟乙烯100份、碳纳米管5份、苯酚8份、对甲基苯甲酸10份、膨润土2份、二苯醚8份、钛酸丁酯2份、60-70%次氯酸钠22份、EDTA 22份、氨水40份、无水乙醇100份、钛粉3份、聚碳硅烷5份、二甲苯20份、二硫化钼1份、硅烷偶联剂kh550 3份、氯化铵9份、尿素30份、水30份。
一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，由如下步骤制备而成：
（1）碳纳米管的的活化
A 碳纳米管的氧化改性
先将二硫化钼分散在70%次氯酸钠溶液中，再加入碳纳米管搅拌10h，抽滤，滤饼放入无水乙醇中超声30min，60℃真空干燥30h，的到氧化改性的碳纳米管；
B 碳纳米管的活化
将EDTA和氧化改性的碳纳米管分散在氨水中，70℃，PH为5条件下超声1-3h，静置2h，过滤，滤饼浸入在氯化铵、尿素、水的混合液中超声1h，静置2h，过滤，60℃真空干燥20h，的到活性碳纳米管；
（2）聚苯酯修饰碳纳米管
将活性碳纳米管、苯酚、对羟基苯甲酸加入二苯醚中超声分散1-3h，在加入催化剂钛酸丁酯，75℃酯化10h，加入膨润土，超声分散1h，提高反应温度到200℃进行缩聚，缩聚30h，得到聚苯酯修饰碳纳米管。
（3）Ti3SiC2粉末的制备
将钛粉和聚碳硅烷混合并溶于有机溶剂，搅拌，混合均匀、烘干；对烘干的粉料低温裂解，温度为1000℃，保温时间2h，升温速度2-7℃/min，获得初步反应物；对初步反应物高温处理，温度为1400℃，保温时间0.5-2h，升温速度5℃/min；研磨筛分得到Ti3SiC2粉末；
（4）碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备
先将聚苯酯修饰碳纳米管进行球磨，球磨后聚苯酯修饰碳纳米管与聚四氟乙烯树脂、Ti3SiC2粉末混合后，再将硅烷偶联剂kh550喷洒在其中，在70℃下干燥，将干燥的混合原料在50MPa冷模压成型，加压速率8MPa/min并保压30min；再将成型的产品进行烧结，冷却至室温，即获得Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。
经测试：拉升强度27MPa；断裂伸长率210%；冲击强度22.5KJ/m；弯曲强度27MPa；磨耗4.2mm3（负载250N，线速度2m/s，时间3分钟）。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，其特征在于，所述阀门密封圈由如下重量份的组分制备而成：聚四氟乙烯100份、碳纳米管5-8份、苯酚8-10份、对甲基苯甲酸8-10份、膨润土1-2份、二苯醚5-8份、钛酸丁酯1-3份、60-70%次氯酸钠20-25份、EDTA 20-25份、氨水40-50份、无水乙醇80-100份、钛粉3-5份、聚碳硅烷4-5份、二甲苯18-20份、二硫化钼1-2份、硅烷偶联剂kh550 1-3份、氯化铵9-10份、尿素30-35份、水30-35份。
2.一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，其特征在于，所述阀门密封圈由如下步骤制备而成：
碳纳米管的的活化
A 碳纳米管的氧化改性
先将二硫化钼分散在60-70%次氯酸钠溶液中，再加入碳纳米管搅拌10-12h，抽滤，滤饼放入无水乙醇中超声20-30min，在50-60℃真空干燥20-30h，的到氧化改性的碳纳米管；
B 碳纳米管的活化
将EDTA和氧化改性的碳纳米管分散在氨水中，50-70℃，PH为5-7条件下超声1-3h，静置1-2h，过滤，滤饼浸入在氯化铵、尿素、水的混合液中超声1-3h，静置1-2h，过滤，50-60℃真空干燥20-30h，的到活性碳纳米管；
聚苯酯修饰碳纳米管
将活性碳纳米管、苯酚、对羟基苯甲酸加入二苯醚中超声分散1-3h，在加入催化剂钛酸丁酯，70-90℃酯化8-10h，加入膨润土，超声分散0.5-1h，提高反应温度到180-200℃进行缩聚，缩聚20-30h，得到聚苯酯修饰碳纳米管；
Ti3SiC2粉末的制备
将钛粉和聚碳硅烷混合并溶于有机溶剂，搅拌，混合均匀、烘干；对烘干的粉料低温裂解，温度为800℃-1200℃，保温时间0.5-2h，升温速度2-7℃/min，获得初步反应物；对初步反应物高温处理，温度为1400-1600℃，保温时间0.5-2h，升温速度2-7℃/min；研磨筛分得到Ti3SiC2粉末；
碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备
先将聚苯酯修饰碳纳米管进行球磨，球磨后聚苯酯修饰碳纳米管与聚四氟乙烯树脂、Ti3SiC2粉末混合后，再将硅烷偶联剂kh550喷洒在其中，在40～100℃下干燥，将干燥的混合原料在20～60MPa冷模压成型，加压速率5-10MPa/min并保压1～30min；再将成型的产品进行烧结，冷却至室温，即获得本发明所制备的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。
3.一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈，其特征在于，所述聚四氟乙烯树脂为悬浮聚四氟乙烯树脂，其粒径分布为15～60μm；所述Ti3SiC2粉末、二硫化钼、膨润土的粒径为10～50μm；球磨后聚苯酯修饰碳纳米管的粒径为10-50μm。
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