CN109401145B - 一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料及其制备方法，制备的氟塑料泵用材料具有较好的耐酸性、耐碱性和耐氧化性，其耐腐蚀性能优异，可应用于腐蚀性介质的输送领域。利用聚丙烯腈和硅烷偶联剂对哈氏合金纳米粉进行改性处理，改善了哈氏合金纳米粉易团聚、在塑料基底中分散不均匀的现象，有助于在基底中形成均匀分布的交联网络，从而提高目标材料的耐腐蚀性能；利用水合联氨溶液与超声辅助作用，对碳化硅陶瓷颗粒进行处理，使得碳化硅陶瓷颗粒表层形成细微腐蚀点，有助于哈氏合金纳米粉在其表面进行镶嵌，经过高温处理后，哈氏合金纳米粉在其表面形成薄膜，不仅进一步改善了哈氏合金纳米粉的分散性，而且，进一步增强目标材料的耐腐蚀性。
Description
技术领域
本发明属于化工泵材料技术领域，尤其是一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料及其制备方法。
背景技术
氟塑料泵是化工泵系列中以制造用材分类的一种泵，氟塑料泵按其结构可以分为以下几类：一、氟塑料离心泵；二、氟塑料液下泵；三、氟塑料磁力泵；四、氟塑料自吸泵；五、氟塑料管道泵；六氟塑料砂浆泵；七、钢衬氟塑料泵等，主要以金属外壳紧衬氟塑料制成，其中氟塑料的性能直接影响着氟塑料泵的应用领域。由于氟泵被广泛应用于化工生产中的腐蚀性介质输送，所以，如何加强氟塑料的耐酸碱腐蚀性能成为人们研究热点。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种耐酸碱腐蚀性能优异的氟塑料泵用材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，由以下重量份的原料制成：
聚四氟乙烯微粉80-120，哈氏合金纳米粉5-8，硅烷偶联剂2-3，聚丙烯腈乙醇溶液30-50，水合联氨溶液50-60，碳化硅陶瓷颗粒10-20，聚酰胺5-7，十二羟基硬脂酸4-6，聚丙烯蜡3-4。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将哈氏合金纳米粉加入到质量浓度为10-12％的聚丙烯腈乙醇溶液中，在70-76℃下利用超声处理20-30min，再在50-55℃下浸泡2-3h，然后滴入硅烷偶联剂，继续超声处理20-30min后，冷却，过滤，并在80-83℃下干燥，得改性哈氏合金纳米粉；
（2）将碳化硅陶瓷颗粒放入到质量浓度为45-50%的水合联氨溶液中，在60-63℃下，利用10-12 KHz的超声辅助处理30-40min后，过滤，去离子水洗涤至中性，在140-145℃下干燥4-5h后，转入300-340℃的焙烧炉中，焙烧2-3h，乙醇淬冷，球磨至粒径为50-100μm；
（3）将步骤（2）所得物放入搅拌机中，在50-100rpm下搅拌，边搅拌边将步骤（1）所得改性哈氏合金纳米粉等离子体喷涂至步骤（2）所得物表面，喷涂完毕后，升速至200-300rpm，在200-220℃下继续搅拌1-2h，接着将所得物转移至管式炉中，以3-4℃/min的速率升温至1050-1100℃，处理30-35min，以2-3℃/min的速率降至室温，并将所得物再次球磨至粒径为5-50μm；
（4）将步骤（3）所得物与聚四氟乙烯微粉放入搅拌机中，在2300-2500rpm下混合5-8min，然后加入聚酰胺、十二羟基硬脂酸、聚丙烯蜡，在1500-1600rpm下继续搅拌混合20-30min，然后输送至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料即可。
进一步的，步骤（1）所述超声处理条件为110-120Hz。
进一步的，步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
进一步的，步骤（3）所述等离子体处理的喷涂气体为氩气和氮气混合气体，其中氩气含量为10-13%。
进一步的，步骤（4）所述聚四氟乙烯微粉经过以下预处理：将聚四氟乙烯微粉放入干燥箱中，通入氩气混合气体，在100-110℃、2-2.5MPa下干燥5-6h，然后泄压降温，再放入-20～-23℃下放置3-4h，取出，球磨至粒径为10-50nm的颗粒。
进一步的，氩气混合气体中氩气含量为20-24%。
本发明的有益效果：本发明制备的氟塑料泵用材料具有较好的耐酸性、耐碱性和耐氧化性，其耐腐蚀性能优异，可应用于腐蚀性介质的输送领域。利用聚丙烯腈和硅烷偶联剂对哈氏合金纳米粉进行改性处理，改善了哈氏合金纳米粉易团聚、在塑料基底中分散不均匀的现象，有助于在基底中形成均匀分布的交联网络，从而提高目标材料的耐腐蚀性能；利用水合联氨溶液与超声辅助作用，对碳化硅陶瓷颗粒进行处理，使得碳化硅陶瓷颗粒表层形成细微腐蚀点，有助于哈氏合金纳米粉在其表面进行镶嵌，经过高温处理后，哈氏合金纳米粉在其表面形成薄膜，不仅进一步改善了哈氏合金纳米粉的分散性，而且，经过哈尔和金纳米粉改性的碳化硅陶瓷颗粒大大提高了目标材料的耐酸性、耐碱性和耐氧化性能，超声辅助有助于腐蚀点的细微化与加速其形成；利用氩气混合气体对聚四氟乙烯微粉进行高压预处理，有利于聚四氟乙烯微粉形成纳米尺寸，从而增强了聚四氟乙烯与填料的相容性，进而增强目标材料的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，由以下重量份的原料制成：
聚四氟乙烯微粉80，哈氏合金纳米粉5，硅烷偶联剂2，聚丙烯腈乙醇溶液30，水合联氨溶液50，碳化硅陶瓷颗粒10，聚酰胺5，十二羟基硬脂酸4，聚丙烯蜡3。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将哈氏合金纳米粉加入到质量浓度为10％的聚丙烯腈乙醇溶液中，在70℃下利用超声处理20min，再在50℃下浸泡2h，然后滴入硅烷偶联剂，继续超声处理20min后，冷却，过滤，并在80℃下干燥，得改性哈氏合金纳米粉；
（2）将碳化硅陶瓷颗粒放入到质量浓度为45%的水合联氨溶液中，在60℃下，利用10 KHz的超声辅助处理30min后，过滤，去离子水洗涤至中性，在140℃下干燥4h后，转入300℃的焙烧炉中，焙烧2h，乙醇淬冷，球磨至粒径为50μm；
（3）将步骤（2）所得物放入搅拌机中，在50rpm下搅拌，边搅拌边将步骤（1）所得改性哈氏合金纳米粉等离子体喷涂至步骤（2）所得物表面，喷涂完毕后，升速至200rpm，在200℃下继续搅拌1h，接着将所得物转移至管式炉中，以3℃/min的速率升温至1050℃，处理30min，以2℃/min的速率降至室温，并将所得物再次球磨至粒径为5μm；
（4）将步骤（3）所得物与聚四氟乙烯微粉放入搅拌机中，在2300rpm下混合5min，然后加入聚酰胺、十二羟基硬脂酸、聚丙烯蜡，在1500rpm下继续搅拌混合20min，然后输送至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料即可。
进一步的，步骤（1）所述超声处理条件为110Hz。
进一步的，步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
进一步的，步骤（3）所述等离子体处理的喷涂气体为氩气和氮气混合气体，其中氩气含量为10%。
进一步的，步骤（4）所述聚四氟乙烯微粉经过以下预处理：将聚四氟乙烯微粉放入干燥箱中，通入氩气混合气体，在100℃、2MPa下干燥5h，然后泄压降温，再放入-20℃下放置3h，取出，球磨至粒径为10nm的颗粒。
进一步的，氩气混合气体中氩气含量为20%。
实施例2
一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，由以下重量份的原料制成：
聚四氟乙烯微粉100，哈氏合金纳米粉7，硅烷偶联剂3，聚丙烯腈乙醇溶液40，水合联氨溶液55，碳化硅陶瓷颗粒15，聚酰胺6，十二羟基硬脂酸5，聚丙烯蜡4。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将哈氏合金纳米粉加入到质量浓度为11％的聚丙烯腈乙醇溶液中，在73℃下利用超声处理25min，再在52℃下浸泡3h，然后滴入硅烷偶联剂，继续超声处理25min后，冷却，过滤，并在81℃下干燥，得改性哈氏合金纳米粉；
（2）将碳化硅陶瓷颗粒放入到质量浓度为47%的水合联氨溶液中，在61℃下，利用11 KHz的超声辅助处理35min后，过滤，去离子水洗涤至中性，在142℃下干燥5h后，转入320℃的焙烧炉中，焙烧3h，乙醇淬冷，球磨至粒径为80μm；
（3）将步骤（2）所得物放入搅拌机中，在70rpm下搅拌，边搅拌边将步骤（1）所得改性哈氏合金纳米粉等离子体喷涂至步骤（2）所得物表面，喷涂完毕后，升速至250rpm，在200-220℃下继续搅拌2h，接着将所得物转移至管式炉中，以4℃/min的速率升温至1070℃，处理32min，以3℃/min的速率降至室温，并将所得物再次球磨至粒径为20μm；
（4）将步骤（3）所得物与聚四氟乙烯微粉放入搅拌机中，在2400rpm下混合7min，然后加入聚酰胺、十二羟基硬脂酸、聚丙烯蜡，在1550rpm下继续搅拌混合25min，然后输送至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料即可。
进一步的，步骤（1）所述超声处理条件为115Hz。
进一步的，步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
进一步的，步骤（3）所述等离子体处理的喷涂气体为氩气和氮气混合气体，其中氩气含量为12%。
进一步的，步骤（4）所述聚四氟乙烯微粉经过以下预处理：将聚四氟乙烯微粉放入干燥箱中，通入氩气混合气体，在105℃、2.2MPa下干燥5.5h，然后泄压降温，再放入-22℃下放置3.5h，取出，球磨至粒径为30nm的颗粒。
进一步的，氩气混合气体中氩气含量为22%。
实施例3
一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，由以下重量份的原料制成：
聚四氟乙烯微粉120，哈氏合金纳米粉8，硅烷偶联剂3，聚丙烯腈乙醇溶液50，水合联氨溶液60，碳化硅陶瓷颗粒20，聚酰胺7，十二羟基硬脂酸6，聚丙烯蜡4。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
（1）将哈氏合金纳米粉加入到质量浓度为12％的聚丙烯腈乙醇溶液中，在76℃下利用超声处理30min，再在55℃下浸泡3h，然后滴入硅烷偶联剂，继续超声处理30min后，冷却，过滤，并在83℃下干燥，得改性哈氏合金纳米粉；
（2）将碳化硅陶瓷颗粒放入到质量浓度为50%的水合联氨溶液中，在63℃下，利用12 KHz的超声辅助处理40min后，过滤，去离子水洗涤至中性，在145℃下干燥5h后，转入340℃的焙烧炉中，焙烧3h，乙醇淬冷，球磨至粒径为100μm；
（3）将步骤（2）所得物放入搅拌机中，在100rpm下搅拌，边搅拌边将步骤（1）所得改性哈氏合金纳米粉等离子体喷涂至步骤（2）所得物表面，喷涂完毕后，升速至300rpm，在220℃下继续搅拌2h，接着将所得物转移至管式炉中，以4℃/min的速率升温至1100℃，处理35min，以3℃/min的速率降至室温，并将所得物再次球磨至粒径为50μm；
（4）将步骤（3）所得物与聚四氟乙烯微粉放入搅拌机中，在2500rpm下混合8min，然后加入聚酰胺、十二羟基硬脂酸、聚丙烯蜡，在1600rpm下继续搅拌混合30min，然后输送至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料即可。
进一步的，步骤（1）所述超声处理条件为120Hz。
进一步的，步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
进一步的，步骤（3）所述等离子体处理的喷涂气体为氩气和氮气混合气体，其中氩气含量为13%。
进一步的，步骤（4）所述聚四氟乙烯微粉经过以下预处理：将聚四氟乙烯微粉放入干燥箱中，通入氩气混合气体，在110℃、2.5MPa下干燥6h，然后泄压降温，再放入-23℃下放置4h，取出，球磨至粒径为50nm的颗粒。
进一步的，氩气混合气体中氩气含量为24%。
对比实施例1
本对比实施例相比于实施例2，省略了步骤（1）对哈氏合金纳米粉的改性处理步骤，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例相比于实施例2，省略了步骤（2）对碳化硅陶瓷颗粒的处理步骤，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例相比于实施例2，省略了改性哈氏合金纳米粉的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例4
本对比实施例相比于实施例2，省略了对聚四氟乙烯微粉的预处理，除此之外的方法步骤均相同。
性能测试：
将各实施例和对比例所得试样制成20*20*2的方形板材，在280℃下，浸泡于酸、碱、氧化剂溶液中500h后取出进行性能比较，其中使用的酸为浓度为15mol/L的盐酸，使用的碱为浓度为15mol/L的氢氧化钠，使用的氧化剂为浓度为10mol/L的高锰酸钾，结果如表1所示（表中耐酸、碱、氧化性等级划分标准为：0级——腐蚀前后质量变化率小于0.001%；1级——腐蚀前后质量变化率大于0.001%，小于0.010%；2级——腐蚀前后质量变化率大于0.010%，小于0.030%；3级——酸腐蚀前后质量变化率大于0 .030%，小于0.050%；4级——酸腐蚀前后质量变化率大于0.050%，小于0.10%）。
表1
由表1可以看出，本发明制备的氟塑料泵用材料具有较好的耐酸性、耐碱性和耐氧化性，其耐腐蚀性能优异，可应用于腐蚀性介质的输送领域。
Claims (4)
1.一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
聚四氟乙烯微粉80-120，哈氏合金纳米粉5-8，硅烷偶联剂2-3，聚丙烯腈乙醇溶液30-50，水合联氨溶液50-60，碳化硅陶瓷颗粒10-20，聚酰胺5-7，十二羟基硬脂酸4-6，聚丙烯蜡3-4；制备方法包括以下步骤：（1）将哈氏合金纳米粉加入到质量浓度为10-12％的聚丙烯腈乙醇溶液中，在70-76℃下利用超声处理20-30min，再在50-55℃下浸泡2-3h，然后滴入硅烷偶联剂，继续超声处理20-30min后，冷却，过滤，并在80-83℃下干燥，得改性哈氏合金纳米粉；
（2）将碳化硅陶瓷颗粒放入到质量浓度为45-50%的水合联氨溶液中，在60-63℃下，利用10-12 KHz的超声辅助处理30-40min后，过滤，去离子水洗涤至中性，在140-145℃下干燥4-5h后，转入300-340℃的焙烧炉中，焙烧2-3h，乙醇淬冷，球磨至粒径为50-100μm；
（3）将步骤（2）所得物放入搅拌机中，在50-100rpm下搅拌，边搅拌边将步骤（1）所得改性哈氏合金纳米粉等离子体喷涂至步骤（2）所得物表面，喷涂完毕后，升速至200-300rpm，在200-220℃下继续搅拌1-2h，接着将所得物转移至管式炉中，以3-4℃/min的速率升温至1050-1100℃，处理30-35min，以2-3℃/min的速率降至室温，并将所得物再次球磨至粒径为5-50μm；
（4）将步骤（3）所得物与聚四氟乙烯微粉放入搅拌机中，在2300-2500rpm下混合5-8min，然后加入聚酰胺、十二羟基硬脂酸、聚丙烯蜡，在1500-1600rpm下继续搅拌混合20-30min，然后输送至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得粒料即可，所述聚四氟乙烯微粉经过以下预处理：将聚四氟乙烯微粉放入干燥箱中，通入氩气混合气体，在100-110℃、2-2.5MPa下干燥5-6h，然后泄压降温，再放入-20～-23℃下放置3-4h，取出，球磨至粒径为10-50nm的颗粒，氩气混合气体中氩气含量为20-24%。
2.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，其特征在于，步骤（1）所述超声处理条件为110-120Hz。
3.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，其特征在于，步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
4.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀的氟塑料泵用材料，其特征在于，步骤（3）所述等离子体处理的喷涂气体为氩气和氮气混合气体，其中氩气含量为10-13%。
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