CN106810796A - 一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，是由以下重量份的原料制成：碳纤维2‑3，碳纳米管5‑10，乙醇10‑15，聚四氟乙烯乳液25‑35，乙酸适量，氢氟酸15‑25，硝酸15‑25，氯化镧1‑2，硅烷偶联剂KH550 4‑6，乙二胺四乙酸2‑3，Fe(NO3)3 1‑2，Co(NO3)3 1‑2，氨水适量，泡沫镍适量，金刚石3‑5，十二烷基三甲基溴化铵5‑7，甲烷适量，氩气适量，氮气适量，蒸馏水100‑150；将泡沫镍这种具有三维形态的材料作为聚合物填料不仅提高了复合材料的力学性能，同时使加入的碳纳米管能更为均匀的分布；对碳纤维的处理提高了表面浸润性，改善复合材料的界面粘接质量。

Description

一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯复合材料，具体涉及一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯材料具有优良的耐蚀性、耐候性、化学稳定性，并且不沾、无毒、无污染，被称为塑料之王，是一种较好的密封材料，广泛应用于国防、航空航天、医学、石油化工、电子、机械等许多领域的密封装置上，同时，聚四氟乙烯材料还具有优良的耐辐照性、氚相容性以及对氚的低渗透率性，因此也广泛应用于含氚系统的密封。以碳纳米管作为聚合物的填料可改善材料的物理、力学与摩擦学性能。一般而言，长径比较大的填料更有利于增强聚合物的力学性能，而长径比小的填料却能较大的提高材料的耐磨性并降低摩擦系数。
在任婕的硕士学位论文《泡沫镍/聚四氟乙烯机械密封面复合材料及摩擦学行为研究》中制备了一种密封复合材料，但是作为阀门密封材料来说，还存在着抗压能力、抗蠕变能力不佳的问题。
发明内容
基于以上思考，本发明旨在提供一种耐低温、剪切强度高、抗老化的丁腈橡胶涂料，及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案实现：
一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，是由以下重量份的原料制成：
碳纤维2-3，碳纳米管5-10，乙醇10-15，聚四氟乙烯乳液25-35，乙酸适量，氢氟酸15-25，硝酸15-25，氯化镧1-2，硅烷偶联剂KH550 4-6，乙二胺四乙酸2-3，Fe(NO3)3 1-2，Co(NO3)3 1-2，氨水适量，泡沫镍适量，金刚石3-5，十二烷基三甲基溴化铵5-7，甲烷适量，氩气适量，氮气适量，蒸馏水100-150；
所述的氢氟酸质量分数为30-40%；硝酸质量分数为10-20%。聚四氟乙烯乳液的固含量为30-50%。
所述的一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，是由以下步骤制成：
a. 将碳纳米管球磨10-20分钟后加入到氢氟酸溶液中浸泡10-15h，过滤、冲洗、烘干后加入到硝酸溶液中，并加入氯化镧、乙二胺四乙酸，浸泡3-5h，用蒸溜水清洗至中性，接着在箱式炉中 70-100℃下烘干3-5h；
b. 将Fe(NO3)3、Co(NO3)3加入20-25蒸馏水中溶解，再加入步骤a所得碳纳米管，先超声20-40min后再磁力搅拌1-3小时，然后用氨水调溶液的PH至8，保持搅拌20-25h，之后过滤并洗涤、烘干所得物；
c. 将泡沫镍裁成合适大小，取步骤b所得物覆盖在泡沫镍上，使它能尽量多的接触到泡沫镍的边缘上，放入石英管式炉中，首先通入氩气，温度升至620-680℃时通入氮气，温度升至700℃以上时通入甲烷气体，加热80-120min；
d. 将碳纤维加入乙醇溶剂中，超声分散均匀，加入乙酸调节pH为4-5，再加入硅烷偶联剂KH550，搅拌8-15h，之后用去离子水洗涤，真空干燥；
e. 将步骤d所得碳纤维、金刚石、十二烷基三甲基溴化铵加入到聚四氟乙稀乳液中混合搅拌1-2h后，倒入模具中使步骤c所得材料完全浸渍在其中，先在200-250℃下初步固化2-3次，再在260-290℃下保温2-3h固化成型即可。
所述的一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，泡沫镍大小为（2-6）×（2-6）×（1-2）mm3。
本发明的有益效果：将泡沫镍这种具有三维形态的材料作为聚合物填料不仅提高了复合材料的力学性能，同时使加入的碳纳米管能更为均匀的分布；稀土原子具有特殊的电子层结构和低的电负性，活性强，采用稀土试剂处理碳纳米管表面，可以通过稀土与碳的亲和作用使碳纳米管表面的碳键松弛，增大其表面的活性，同时，稀土还可以与碳纳米管表面的含氧基团以及聚四氟乙烯通过配位反应生成稳定的稀土配合物，改善聚四氟乙烯复合材料的界面粘结性能，从而提高材料的抗压、抗蠕变性，提高其密封性能；对碳纤维的处理提高了表面浸润性和粘结性，改善碳纤维复合材料的界面粘接质量。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
实施例
一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，是由以下重量份的原料制成：
碳纤维3，碳纳米管10，乙醇15，聚四氟乙烯乳液35，乙酸适量，氢氟酸25，硝酸25，氯化镧2，硅烷偶联剂KH550 6，乙二胺四乙酸3，Fe(NO3)3 2，Co(NO3)3 2，氨水适量，泡沫镍适量，金刚石5，十二烷基三甲基溴化铵7，甲烷适量，氩气适量，氮气适量，蒸馏水150；
所述的氢氟酸质量分数为30-40%；硝酸质量分数为10-20%。聚四氟乙烯乳液的固含量为30-50%。
所述的一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，是由以下步骤制成：
a. 将碳纳米管球磨10-20分钟后加入到氢氟酸溶液中浸泡10-15h，过滤、冲洗、烘干后加入到硝酸溶液中，并加入氯化镧、乙二胺四乙酸，浸泡3-5h，用蒸溜水清洗至中性，接着在箱式炉中 70-100℃下烘干3-5h；
b. 将Fe(NO3)3、Co(NO3)3加入20-25蒸馏水中溶解，再加入步骤a所得碳纳米管，先超声20-40min后再磁力搅拌1-3小时，然后用氨水调溶液的PH至8，保持搅拌20-25h，之后过滤并洗涤、烘干所得物；
c. 将泡沫镍裁成合适大小，取步骤b所得物覆盖在泡沫镍上，使它能尽量多的接触到泡沫镍的边缘上，放入石英管式炉中，首先通入氩气，温度升至620-680℃时通入氮气，温度升至700℃以上时通入甲烷气体，加热80-120min；
d. 将碳纤维加入乙醇溶剂中，超声分散均匀，加入乙酸调节pH为4-5，再加入硅烷偶联剂KH550，搅拌8-15h，之后用去离子水洗涤，真空干燥；
e. 将步骤d所得碳纤维、金刚石、十二烷基三甲基溴化铵加入到聚四氟乙稀乳液中混合搅拌1-2h后，倒入模具中使步骤c所得材料完全浸渍在其中，先在200-250℃下初步固化2-3次，再在260-290℃下保温2-3h固化成型即可。
所述的一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，泡沫镍大小为（2-6）×（2-6）×（1-2）mm3。
本发明的性能测试数据为：65-75℃区间的蠕变柔量值≤0.00828；压缩强度≥61.78MPa。

Claims (3)

1.一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料，其特征在于，是由以下重量份的原料制成：
碳纤维2-3，碳纳米管5-10，乙醇10-15，聚四氟乙烯乳液25-35，乙酸适量，氢氟酸15-25，硝酸15-25，氯化镧1-2，硅烷偶联剂KH550 4-6，乙二胺四乙酸2-3，Fe(NO3)3 1-2，Co(NO3)3 1-2，氨水适量，泡沫镍适量，金刚石3-5，十二烷基三甲基溴化铵5-7，甲烷适量，氩气适量，氮气适量，蒸馏水100-150；
所述的氢氟酸质量分数为30-40%；硝酸质量分数为10-20%，聚四氟乙烯乳液的固含量为30-50%。
2.根据权利要求1所述的一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，是由以下步骤制成：
a. 将碳纳米管球磨10-20分钟后加入到氢氟酸溶液中浸泡10-15h，过滤、冲洗、烘干后加入到硝酸溶液中，并加入氯化镧、乙二胺四乙酸，浸泡3-5h，用蒸溜水清洗至中性，接着在箱式炉中 70-100℃下烘干3-5h；
b. 将Fe(NO3)3、Co(NO3)3加入20-25蒸馏水中溶解，再加入步骤a所得碳纳米管，先超声20-40min后再磁力搅拌1-3小时，然后用氨水调溶液的PH至8，保持搅拌20-25h，之后过滤并洗涤、烘干所得物；
c. 将泡沫镍裁成合适大小，取步骤b所得物覆盖在泡沫镍上，使它能尽量多的接触到泡沫镍的边缘上，放入石英管式炉中，首先通入氩气，温度升至620-680℃时通入氮气，温度升至700℃以上时通入甲烷气体，加热80-120min；
d. 将碳纤维加入乙醇溶剂中，超声分散均匀，加入乙酸调节pH为4-5，再加入硅烷偶联剂KH550，搅拌8-15h，之后用去离子水洗涤，真空干燥；
e. 将步骤d所得碳纤维、金刚石、十二烷基三甲基溴化铵加入到聚四氟乙稀乳液中混合搅拌1-2h后，倒入模具中使步骤c所得材料完全浸渍在其中，先在200-250℃下初步固化2-3次，再在260-290℃下保温2-3h固化成型即可。
3.根据权利要求2所述的一种阀门密封用碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，其特征在于，泡沫镍大小为（2-6）×（2-6）×（1-2）mm3。
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