CN109354811A - 一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，涉及橡胶垫片技术领域，由以下成分制成：石墨烯改性聚四氟乙烯树脂、磷酸二丁酯、聚酰亚胺、硫化剂、玄武岩纤维、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、氯化石蜡、滑石粉、纳米二氧化硅、碳酸钙；与现有技术相比，本发明制备的聚四氟乙烯复合垫片具有非常好的耐磨性，摩擦系数小，柔软性、低密度、压缩回弹性和使用温度范围广等优点，其耐高温、耐酸性介质腐蚀强，隔热性能好。

Description

一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片
技术领域
本发明属于橡胶垫片技术领域，具体涉及一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片。
背景技术
聚四氟乙烯是一种良好的固体润滑材料，低摩擦系数和良好的化学稳定性，缺点是聚四氟乙烯的耐磨性较差、硬度低、磨损率高、导热性差等，限制了聚四氟乙烯在多个领域中的发展应用。而聚四氟乙烯垫片是其应用中的一种，聚四氟乙烯垫片对于耐磨性同样具有较高的要求，现有技术中通过在聚四氟乙烯中加入填料使其成为复合材料可以一定程度降低磨损量，但是降低的效果有限，无法满足市场的某些场合的需求，同时在高温下耐变形性能一般。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，按重量份计由以下成分制成：石墨烯改性聚四氟乙烯树脂95-98、磷酸二丁酯3-6、聚酰亚胺1-4、硫化剂2.6-2.8、玄武岩纤维13-16、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯3-5、氯化石蜡1.6-1.9、滑石粉10-15、纳米二氧化硅8-12、碳酸钙16-24。
进一步的，所述石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备方法包括以下步骤：
（1）将石墨烯添加到其质量10-12倍的去离子水中，加热至88℃，然后再添加石墨烯质量0.5%的脂肪族羧酸，以1200r/min转速搅拌30min，然后进行抽滤，烘干至恒重，得到改性石墨烯；
（2）按重量份计将110-120份去离子水、8-10份改性石墨烯、2.5-3份三羟甲基氨基甲烷、38-42份四氟乙烯添加到反应釜中，然后再添加0.5-0.7份三乙醇胺、2.8-3.5份氨基酸、0.1-0.12份引发剂，在1.2MPa压力、82-85℃下反应1小时，再添加0.3-0.5份α-羟基丙酸和0.14-0.16份引发剂，在1.8MPa压力、86-88℃下反应2小时，然后经过凝聚、洗涤和干燥得到石墨烯改性聚四氟乙烯树脂。
进一步的，所述脂肪族羧酸为环戊基甲酸。
进一步的，所述石墨烯为双层石墨烯。
进一步的，所述氨基酸为甘氨酸。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。
进一步的，所述是玄武岩纤维是通过玄武岩石料在经过质量分数为6.8%的琥珀酸铵溶液在79℃下搅拌浸泡2小时候，进行过滤后，然后加热至1460℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
进一步的，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。
进一步的，所述纳米二氧化硅与碳酸钙重量份比为1:2。
本发明对聚四氟乙烯树脂进行改性，改善聚四氟乙烯树脂的耐磨性能及其硫化胶膜的力学性能 ,同时对其耐撕裂性能和耐老化性能的改善效果同样较为明显，相较于普通聚四氟乙烯的拉伸强度提高了32.3%,撕裂强度提高了20.5%,并且，以石墨烯改性聚四氟乙烯树脂为主要材料制备的聚四氟乙烯复合垫片尺寸稳定性得到明显的加强。本发明采用了改性石墨烯，利用改性石墨烯作为橡胶改性剂，协同三羟甲基氨基甲烷、氨基酸和α-羟基丙酸的作用，使得改性后的聚四氟乙烯能够增加垫片的容积，同时将三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和石墨烯改性聚四氟乙烯树脂同时使用于垫片中，能对石墨烯改性聚四氟乙烯树脂进行二次改性，能获得更高的抗张强度、撕裂强度和耐磨性，弹性模量大、耐高温、耐化学腐蚀、导热性能好、热膨胀系数低等优点，并具有自润滑性；磷酸二丁酯可以使纳米二氧化硅、碳酸钙和硫化剂在垫片材料体系中分散均匀，并有效防止其在体系中的聚集，从而进一步提高垫片的综合性能。通过纳米二氧化硅与碳酸钙定比例添加的协同作用，能够极大提高密封材料的散热性，不会产生温度积聚。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明制备的聚四氟乙烯复合垫片具有非常好的耐磨性，摩擦系数小，柔软性、低密度、压缩回弹性和使用温度范围广等优点，其耐高温、耐酸性介质腐蚀强，隔热性能好。
具体实施方式
实施例1
一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，按重量份计由以下成分制成：石墨烯改性聚四氟乙烯树脂95、磷酸二丁酯3、聚酰亚胺1、硫化剂2.6、玄武岩纤维13、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯3、氯化石蜡1.6、滑石粉10、纳米二氧化硅8、碳酸钙16。
进一步的，所述石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备方法包括以下步骤：
（1）将石墨烯添加到其质量10倍的去离子水中，加热至88℃，然后再添加石墨烯质量0.5%的脂肪族羧酸，以1200r/min转速搅拌30min，然后进行抽滤，烘干至恒重，得到改性石墨烯；
（2）按重量份计将110份去离子水、8份改性石墨烯、2.5份三羟甲基氨基甲烷、38份四氟乙烯添加到反应釜中，然后再添加0.5份三乙醇胺、2.8份氨基酸、0.1份引发剂，在1.2MPa压力、82℃下反应1小时，再添加0.3份α-羟基丙酸和0.14份引发剂，在1.8MPa压力、86℃下反应2小时，然后经过凝聚、洗涤和干燥得到石墨烯改性聚四氟乙烯树脂。
进一步的，所述脂肪族羧酸为环戊基甲酸。
进一步的，所述石墨烯为双层石墨烯。
进一步的，所述氨基酸为甘氨酸。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。
进一步的，所述是玄武岩纤维是通过玄武岩石料在经过质量分数为6.8%的琥珀酸铵溶液在79℃下搅拌浸泡2小时候，进行过滤后，然后加热至1460℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
进一步的，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。
进一步的，所述纳米二氧化硅与碳酸钙重量份比为1:2。
实施例2
一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，按重量份计由以下成分制成：石墨烯改性聚四氟乙烯树脂98、磷酸二丁酯6、聚酰亚胺4、硫化剂2.8、玄武岩纤维16、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5、氯化石蜡1.9、滑石粉15、纳米二氧化硅12、碳酸钙24。
进一步的，所述石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备方法包括以下步骤：
（1）将石墨烯添加到其质量12倍的去离子水中，加热至88℃，然后再添加石墨烯质量0.5%的脂肪族羧酸，以1200r/min转速搅拌30min，然后进行抽滤，烘干至恒重，得到改性石墨烯；
（2）按重量份计将120份去离子水、10份改性石墨烯、3份三羟甲基氨基甲烷、42份四氟乙烯添加到反应釜中，然后再添加0.7份三乙醇胺、3.5份氨基酸、0.12份引发剂，在1.2MPa压力、85℃下反应1小时，再添加0.5份α-羟基丙酸和0.16份引发剂，在1.8MPa压力、88℃下反应2小时，然后经过凝聚、洗涤和干燥得到石墨烯改性聚四氟乙烯树脂。
进一步的，所述脂肪族羧酸为环戊基甲酸。
进一步的，所述石墨烯为双层石墨烯。
进一步的，所述氨基酸为甘氨酸。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。
进一步的，所述是玄武岩纤维是通过玄武岩石料在经过质量分数为6.8%的琥珀酸铵溶液在79℃下搅拌浸泡2小时候，进行过滤后，然后加热至1460℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
进一步的，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。
进一步的，所述纳米二氧化硅与碳酸钙重量份比为1:2。
实施例3
一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，按重量份计由以下成分制成：石墨烯改性聚四氟乙烯树脂96、磷酸二丁酯5、聚酰亚胺3、硫化剂2.7、玄武岩纤维14、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯4、氯化石蜡1.7、滑石粉12、纳米二氧化硅10、碳酸钙20。
进一步的，所述石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备方法包括以下步骤：
（1）将石墨烯添加到其质量11倍的去离子水中，加热至88℃，然后再添加石墨烯质量0.5%的脂肪族羧酸，以1200r/min转速搅拌30min，然后进行抽滤，烘干至恒重，得到改性石墨烯；
（2）按重量份计将115份去离子水、9份改性石墨烯、2.5-3份三羟甲基氨基甲烷、39份四氟乙烯添加到反应釜中，然后再添加0.6份三乙醇胺、3.2份氨基酸、0.11份引发剂，在1.2MPa压力、83℃下反应1小时，再添加0.4份α-羟基丙酸和0.15份引发剂，在1.8MPa压力、87℃下反应2小时，然后经过凝聚、洗涤和干燥得到石墨烯改性聚四氟乙烯树脂。
进一步的，所述脂肪族羧酸为环戊基甲酸。
进一步的，所述石墨烯为双层石墨烯。
进一步的，所述氨基酸为甘氨酸。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵。
进一步的，所述是玄武岩纤维是通过玄武岩石料在经过质量分数为6.8%的琥珀酸铵溶液在79℃下搅拌浸泡2小时候，进行过滤后，然后加热至1460℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
进一步的，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。
进一步的，所述纳米二氧化硅与碳酸钙重量份比为1:2。
对比例1：与实施例1区别仅在于将石墨烯改性聚四氟乙烯树脂替换为未改性处理的聚四氟乙烯树脂。
对比例2：与实施例1区别仅在于石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备过程中将改性石墨烯替换为未改性处理的石墨烯。
对比例3：与实施例1区别仅在于石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备过程中不添加三羟甲基氨基甲烷和氨基酸。
对照组：申请号：201510127622.5制备的垫片。
试验
对实施例与对比例相同规格的垫片进行高温下压缩永久变形进行测试比较压缩永久形变率%（压缩条件：25%压缩、24小时）；
表1
由表1可以看出本发明制备的聚四氟乙烯复合垫片具有优异的耐压缩永久变形性能。
磨损试验
试验采用面接触方式，实施例和对比例试样内径17mm，外径27mm，厚度为0.3mm；对偶件为45#钢调质处理轴套端面，接触面内径17mm，外径38mm。载荷为8.5MPa，摆动角度为15°，每摆动0.5万次作为一个计数，每个试件试验次数为10万次。试样开始试验之前需用砂子打磨试样摩擦面和对磨面，并用乙醇清洗打磨表面，进入磨损试验周期后避免对磨损表面造成污染和打磨，造成试验误差；每个磨损周期结束后，取下试样称重，依此计算磨损量：
表2
由表2可以看出，本发明制备的聚四聚乙烯垫片具有优异的耐磨性能。
对实施例内径17mm，外径27mm，厚度为0.2mm的聚四氟乙烯复合垫片在40-60℃的平均线性膨胀系数为0.72×10-5/℃。

Claims (9)

1.一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，按重量份计由以下成分制成：石墨烯改性聚四氟乙烯树脂95-98、磷酸二丁酯3-6、聚酰亚胺1-4、硫化剂2.6-2.8、玄武岩纤维13-16、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯3-5、氯化石蜡1.6-1.9、滑石粉10-15、纳米二氧化硅8-12、碳酸钙16-24。
2.如权利要求1所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述石墨烯改性聚四氟乙烯树脂制备方法包括以下步骤：
（1）将石墨烯添加到其质量10-12倍的去离子水中，加热至88℃，然后再添加石墨烯质量0.5%的脂肪族羧酸，以1200r/min转速搅拌30min，然后进行抽滤，烘干至恒重，得到改性石墨烯；
（2）按重量份计将110-120份去离子水、8-10份改性石墨烯、2.5-3份三羟甲基氨基甲烷、38-42份四氟乙烯添加到反应釜中，然后再添加0.5-0.7份三乙醇胺、2.8-3.5份氨基酸、0.1-0.12份引发剂，在1.2MPa压力、82-85℃下反应1小时，再添加0.3-0.5份α-羟基丙酸和0.14-0.16份引发剂，在1.8MPa压力、86-88℃下反应2小时，然后经过凝聚、洗涤和干燥得到石墨烯改性聚四氟乙烯树脂。
3.如权利要求2所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述脂肪族羧酸为环戊基甲酸。
4.如权利要求2所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述石墨烯为双层石墨烯。
5.如权利要求2所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述氨基酸为甘氨酸。
6.如权利要求2所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。
7.如权利要求1所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述是玄武岩纤维是通过玄武岩石料在经过质量分数为6.8%的琥珀酸铵溶液在79℃下搅拌浸泡2小时候，进行过滤后，然后加热至1460℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
8.如权利要求1所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述硫化剂为氨基甲酸乙酯。
9.如权利要求1所述的一种具有优异耐磨性的聚四氟乙烯复合垫片，其特征在于，所述纳米二氧化硅与碳酸钙重量份比为1:2。
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