CN109844044B - 聚合物组合物、材料和制备方法 - Google Patents

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Abstract

包括氟化组分和硅酮组分的聚合物材料能够表现出改善的性能，如增加的热稳定性。制品能够包括所述聚合物材料。举例来说，包括所述聚合物材料的经涂布的织物能够表现出改善的介电强度。用于形成所述聚合物材料的组合物能够包括包含氟化组分的分散体和包含反应性硅酮组分的乳液。在一个实施例中，由所述组合物形成的单程膜能够具有增加的临界裂缝厚度。方法能够包括由所述组合物形成聚合物材料。

Description

聚合物组合物、材料和制备方法
技术领域
本公开涉及聚合物片和经涂布的织物。
背景技术
聚合物片和经涂布的织物用于各种工业中。聚合物片和经涂布的织物可至少在胶体混合物的程上制备。制造工艺可包括例如干燥或烘焙步骤。聚合物片和经涂布的织物可具有临界裂缝厚度(“CCT”)，在所述临界裂缝厚度下，在干燥或烘焙步骤期间出现不期望的裂缝。低CCT可导致处理步骤数量的增加。
附图说明
实施例通过实例说明并且不限于附图。
图1包括描绘聚四氟乙烯的预期临界裂缝厚度的图表。
图2包括根据本文描述的某些实施例的单层制品的图示。
图3和4包括根据本文描述的某些实施例的多层制品的图示。
图5和6包括根据本文描述的某些实施例的经涂布的织物的图示。
图7和8包括实例部分中样品1至3的质量损失测试结果的曲线图。
图9包括实例部分中使用的测试设备的图示。
图10、11和12包括实例部分中样品10、11和12的磨损率测试结果的曲线图。
图13包括实例部分中样品13、14和15的涂层附着力测试结果的曲线图。
本领域技术人员应理解，附图中的元件仅为简单和清晰起见而说明，并且不一定按比例绘制。举例来说，附图中一些元件的尺寸可相对于其它元件而放大以帮助增进对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
结合附图提供以下描述以帮助理解本文公开的教示。以下论述将聚焦于教示的具体实施方案和实施例。提供此聚焦是为了帮助描述所述教示，并且其不应被解释为对所述教示的范围或适用性的限制。然而，可基于如本申请中公开的教示来使用其它实施例。
如本文所用，术语“分散体”是指悬浮在流体基质中的固体物质，并且术语“乳液”是指悬浮在流体基质中的液体物质。
术语“包含(comprises/comprising)”、“包括(includes/including)”、“具有(has/having)”或其任何其它变体旨在涵盖非排它性的包括。举例来说，包含一系列特征的方法、制品或设备不一定仅限于那些特征，而是可包括这类方法、制品或设备的未明确列出的或固有的其它特征。另外，除非明确陈述为相反情况，否则“或”是指包括性的或，而非排它性的或。举例来说，以下任何一个满足条件A或B：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B两者都为真(或都存在)。
另外，使用“一个(a/an)”用于描述本文描述的元件和组件。这仅仅是为了方便并且给出本发明范围的一般意义。除非另有清楚的含义，否则此描述应该被理解为包括一个、至少一个，或单数也包括复数，或反之亦然。举例来说，当本文描述单个项目时，可使用多于一个项目来代替单个项目。类似地，在本文描述多于一个项目的情况下，单个项目可代替所述多于一个项目。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。材料、方法以及实例仅为说明性的，并且不旨在为限制性的。就本文未描述的内容来说，关于具体材料和处理动作的许多细节为常规的，并且可在聚合物、片材料和织物领域内的教科书和其它来源中找到。
本文描述包括氟化组分的聚合物材料。与常规含氟聚合物材料相比，聚合物材料可表现出改善的性能。举例来说，常规含氟聚合物材料可包括含氟聚合物颗粒之间的大空隙。不受理论束缚，据信这些大空隙可降低含氟聚合物材料的性能，例如，通过表现出低临界裂缝厚度(“CCT”)，即在聚合物材料单程中开始出现裂缝的厚度。
然而，本文描述的聚合物材料可包括衍生自反应性硅酮的硅酮组分，其可渗透并且符合含氟聚合物颗粒之间的这类空隙。常规聚合物材料，以及甚至由包括衍生自预固化硅酮的硅酮组分的组合物形成的含氟聚合物材料，不表现出由本文描述的聚合物材料所表现出的渗透并且符合含氟聚合物颗粒之间的这类空隙的水平。根据下面描述的实施例更好地理解这些概念，这些实施例说明而不限制本说明书的范围。
本文描述的聚合物材料的含氟聚合物组分可包括含氟聚合物或甚至全氟聚合物。举例来说，含氟聚合物组分可包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(PFA)、四氟乙烯和全氟甲基乙烯醚的共聚物(MFA)、乙烯和四氟乙烯的共聚物(ETFE)、乙烯和氯三氟乙烯的共聚物(ECTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)，包括四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)，或其任何共混物或任何合金。
本文描述的聚合物材料的硅酮组分可包括硅酮聚合物。举例来说，硅酮聚合物可包括硅氧烷，如烷基硅氧烷，或甚至聚二甲基硅氧烷。
在特定实施例中，硅酮组分可衍生自反应性硅酮。如本文所用，术语“反应性硅酮”是指具有一个或多个适于交联的官能端基的硅酮聚合物。在一个实施例中，官能端基可包括羟基、烷基硅氧烷、乙烯基、氨基、甲氧基、甲基丙烯酰基、聚醚、硅烷醇、羧酸酐或其任何组合。硅酮聚合物可在聚合物主链中具有附加基团。附加基团可包括有机官能团、苯基、甲氧基、乙氧基、巯基、羧基、丙烯酸酯、异氰酸酯、酸酐、聚醚、芳烷基、氟烷基或其任何组合。另外，如本文所用，术语“衍生自反应性硅酮”是指由包括含氟聚合物分散体和硅酮乳液的组合物得到的硅酮组分，并且硅酮乳液中的硅酮包括反应性硅酮。这与衍生自预固化硅酮的硅酮组分形成对比，所述预固化硅酮组分是指由包括含氟聚合物分散体和硅酮分散体的组合物得到的硅酮组分，并且硅酮分散体中的硅酮包括预固化硅酮颗粒。
聚合物材料中氟化组分的量可等于或大于聚合物材料中硅酮组分的量。在一个实施例中，基于聚合物材料的总重量，含氟聚合物在聚合物材料中的存在量可为至少55wt％，或至少65wt％，或至少75wt％。在一个实施例中，基于聚合物材料的总重量，含氟聚合物在聚合物材料中的存在量可为至多94wt％，或至多91wt％，或至多87.5wt％，或至多84wt％，或至多80wt％。此外，基于聚合物材料的总重量，含氟聚合物在聚合物材料中的存在量可在任何上述值的范围内，如55至94wt％或65至80wt％。
基于聚合物材料的总重量，硅酮组分在聚合物材料中的存在量可为至少6wt％，或至少9wt％，或至少12.5wt％，或至少16wt％，或至少20wt％。基于聚合物材料的总重量，硅酮组分在聚合物材料中的存在量可为至多45wt％，或至多35wt％，或至多30wt％。此外，基于聚合物材料的总重量，硅酮组分在聚合物材料中的存在量可在包括任何上述值的范围内，如6至45wt％或9至30wt％。
除了氟化组分和硅酮组分之外，聚合物材料可另外包括刚性颗粒。刚性颗粒可比硅酮组分颗粒更刚性。举例来说，刚性颗粒的杨氏模量可大于硅酮组分颗粒的杨氏模量。在一个实施例中，刚性颗粒的杨氏模量可为至少0.01GPa，或至少0.05GPa，或至少0.1GPa。在一个实施例中，刚性颗粒的杨氏模量可为至多1000GPa，或至多900GPa，或至多800GPa。在一个实施例中，刚性颗粒的杨氏模量可在任何上述值的范围内，如0.01至1000GPa，或0.05至900GPa，或0.1至800GPa。刚性颗粒可包括纳米颗粒。举例来说，刚性颗粒的直径可在5至5000nm或10至150nm的范围内。刚性颗粒可包括二氧化硅、含氟聚合物、氧化铝、纳米微粒硅酮或其任何组合。如果存在，那么基于聚合物材料的总重量，刚性颗粒可以0.1至33wt％、0.5至25wt％，或1至10wt％的范围存在。
除了氟化组分和硅酮组分之外，聚合物材料还可包括除上述刚性颗粒之外的填料。在一个实施例中，填料可包括颜料、表面活性剂、消泡剂或其任何组合。在一个实施例中，如果存在，那么填料在聚合物材料中的存在量可为至少0.1wt％，或至少1wt％，或至少3wt％，或至少5wt％。在一个实施例中，如果存在，那么填料的存在量可为至多40wt％，或至多30wt％，或至多20wt％，或至多10wt％。在一个实施例中，如果存在，那么填料可以任何上述值的范围存在，如0.1至40wt％或甚至5至10wt％。
聚合物材料可表现出改善的热稳定性。热稳定性可根据质量损失测试来测量，其中将聚合物材料或包括聚合物材料的制品的样品以20摄氏度/分钟的速率加热到给定温度，并且热重分析(TGA)仪器通过热循环连续称量样品。质量损失测试的结果报告为380℃下的样品重量与加热到给定温度后的样品重量的百分比差异。通过将加热到给定温度后的样品重量除以380℃下的样品重量乘以100％来计算百分比。在一个实施例中，如根据质量损失测试测量，聚合物材料的质量损失为在450℃下0wt％直到至多8wt％，或至多6wt％，或至多5wt％，或在500℃下0wt％直到至多16wt％，或至多14wt％，或至多12.5wt％，或在550℃下0wt％直到至多34wt％，或至多32wt％，或至多30wt％。
制备聚合物材料的方法可包括提供包括氟化组分的前体的分散体和包括硅酮组分的前体的乳液；将分散体和乳液混合以形成组合物；和干燥组合物以形成聚合物材料。方法可包括在干燥之前将组合物涂布在载体层上。
方法可包括烧结聚合物材料以形成烧结的聚合物材料。在一个实施例中，烧结温度可为至少350℃，或至少360℃，或至少370℃，或至少380℃。在一个实施例中，烧结的聚合物材料包括硅酮组分。为了改善层或程之间的附着力，可将一个或多个层或程部分烧结以形成半固化层，并且可在烧结最终制品之前将另一层或程施加到半固化层。
如上所述，包括硅酮组分的前体的乳液可包括反应性硅酮。在一个实施例中，硅酮组分的前体不是预固化硅酮聚合物或预固化硅酮弹性体。预固化硅酮聚合物或弹性体已用于常规含氟聚合物片材料中。然而，本发明人已经发现使用预固化硅酮可导致过高的工艺问题，并且所得产品的强度可降低。本发明人已经开发一种组合物，其使用反应性硅酮作为硅酮组分的前体，其在强度和性能方面提供出乎意料的改善，而没有与使用预固化硅酮作为硅酮组分的前体相关联的缺点。
特别地，已知胶体涂层在干燥期间在某一CCT下破裂，这是由于超过膜强度的应力的累积。本发明人已经发现，通过添加渗透并且符合氟化组分中的空隙的填料可防止某些破裂原因。就这些填料可渗透并且符合空隙来说，填料可增加机械强度或减少限定空隙的含氟聚合物颗粒之间的弯液面产生。不受理论束缚，据信本文描述的组合物的反应性硅酮组分提供改善的性质，如增加的CCT，部分是因为反应性硅酮组分比例如预固化硅酮颗粒可更好地符合氟化组分中的空隙。
增加的聚合物材料的CCT可通过由组合物形成的聚合物材料的单程膜来说明。另外，聚合物材料的CCT可基于聚合物材料的含氟聚合物颗粒的尺寸。举例来说，随着颗粒尺寸的增加，聚合物材料的CCT增加。
配制物使得膜的临界裂缝厚度比PTFE分散体的预期CCT高>25％(或50％)。已观察到可商购的PTFE分散体随着初始粒度的增加而涂布得较厚而无裂缝的，如通过理论预测，具有近似的H∝a2.5关系，如图1中所说明。在一个实施例中，聚合物材料单程可具有至少至少1.25×10-5×D2.5，或至少1.5×10-5×D2.5，或至少2.0×10-5×D2.5，或至少3.0×10-5×D2.5的CCT，其中D为平均含氟聚合物粒径(以纳米为单位)。CCT根据临界裂缝厚度测试来测量，其中由组合物形成膜并且评估裂缝。膜通过以下形成：提供设定在60℃用于干燥膜的加热板、提供宽度为约12.7cm和厚度为约25微米的聚酰亚胺膜、将聚酰亚胺基底放置在ERICHSEN板上、使用可调节的刀将组合物以给定厚度或厚度梯度施加到聚酰亚胺膜上、在60℃的温度下干燥，和使用OLYMPUS SZX16显微镜评估干燥膜的裂缝。膜首先示出裂缝的厚度为临界裂缝厚度。不同厚度的一系列膜或具有厚度梯度的单个膜可用于确定裂缝开始出现的厚度。另外，为了评估组合物在给定厚度下是否具有CCT，可形成和评估所讨论的厚度的膜以确定是否出现裂缝。如果观察到裂缝，那么组合物的CCT小于或等于给定厚度。如果没有观察到裂缝，那么组合物的CCT大于给定厚度。
在一个实施例中，氟化组分的含氟聚合物颗粒的平均粒径D可为至多400nm，或至多380nm，或至多360nm，或至多300nm。随着含氟聚合物颗粒的平均粒度减小，CCT倾向于增加。因此，预期360nm处的CCT将大于300nm处的CCT。在另外的实施例中，含氟聚合物颗粒的平均粒径D可为至少150nm，或至少200nm，或至少240nm。此外，含氟聚合物颗粒的平均粒径D可在任何上述值的范围内，如220至400nm或240至360nm。
对于在上述范围内的平均粒径D，单程膜的CCT可为至少25微米，或至少30微米，或至少40微米，或至少50微米。在另外的实施例中，CCT可为至多100微米，或至多90微米，或至多80微米，而实施例可具有更大的CCT。
聚合物材料可形成制品的全部或部分。制品可包括单层制品或多层制品。
图2包括包括单层制品100的实施例的图示。在一个实施例中，单层制品100可仅包括包括聚合物材料的层102。举例来说，单层制品100可包括多程聚合物材料，使得没有一程包括除聚合物材料之外的材料。如图2中所说明，单层制品100可不含增强层。单层制品100可为成品制品或稍后使用的中间制品，例如，作为多层制品中的一个层。
多层制品可包括具有相对的主表面的芯层和覆盖芯层的外层。多层制品200可包括芯层202和单个外层204，如图3中所说明。多层300制品可包括芯层302和多个外层304和306，如图4中所说明。虽然外层被说明为关于芯层对称，但外层也可以不对称形式施加，其中外层中的一个或多个可在一侧不存在，或者一个或多个外层可在不同侧以不同的厚度施加。另外，芯层、外层或芯层和外层两者可包括附加聚合物层。附加聚合物层可位于包括本文描述的聚合物材料的层之上或之下。在特定实施例中，附加聚合物层可设置在增强层和聚合物材料之间。在另外的特定实施例中，聚合物材料可设置在增强层和附加聚合物层之间。附加聚合物层可包括含氟聚合物。附加聚合物层可不含硅酮。
在一个实施例中，芯层可包括聚合物材料。在另外的实施例中，外层可包括聚合物材料。在特定实施例中，芯层或外层可包括增强层。在特定实施例中，聚合物材料可直接接触增强层。
在一个实施例中，增强层可包括纤维增强材料，如织造或非织造纤维增强材料。举例来说，纤维增强材料可包括织造纤维束或随机纤维束的相互啮合。在一个实施例中，纤维束可包括芳族聚酰胺、氟化聚合物、玻璃纤维、石墨、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚酮、聚酯或其任何组合。在特定实施例中，纤维束可涂布有聚合物涂层，或者用热清洁或预处理。在特定实施例中，纤维束可单独涂布有聚合涂层，如含氟聚合物涂层，例如PTFE。
在另外的实施例中，增强层可包括网状物。网状物可包括陶瓷材料、塑料材料、金属材料或其任何组合。
在另外的实施例中，增强层可包括支撑基底，其通常为片。支撑基底可包括热塑性塑料，如热塑性聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳基酮、聚苯硫醚或聚醚酰亚胺；热固性塑料，如聚酰亚胺；经塑料涂布或层压的纺织品；经塑料涂布或层压的金属箔；金属化塑料膜；玻璃纤维；石墨；聚芳酰胺；或其任何组合。
图5和6包括包括经涂布的织物的制品400、500的实施例的图示。经涂布的织物400、500可包括增强层402和聚合物材料404。聚合物材料404包括本文描述的聚合物材料，并且增强层402可包括上述增强层。如图5中所说明，聚合物材料穿透增强层。聚合物材料还可形成覆盖增强层的外层406。在特定实施例中，增强层402包括纤维增强材料，并且聚合物材料404穿透纤维增强材料。如图6中所说明，经涂布的织物可包括增强层402、聚合物材料404、外层406和覆盖层406的外层508。
与常规经涂布的织物相比，经涂布的织物可具有改善的介电强度。这类结果为违反直觉和出乎意料的，至少因为硅酮比含氟聚合物具有低得多的介电强度，但是向聚合物材料中添加反应性硅酮改善这种性能。不受理论束缚，本发明人认为出乎意料的结果可以是由于含氟聚合物颗粒之间的空气空隙的填充。通过将反应性硅酮引入组合物中可实现改善的结果，因为与预固化硅酮相比，它们更能够变形并且填充含氟聚合物颗粒之间的空隙。
在一个实施例中，经涂布的织物可表现出基于经涂布的织物厚度的改善的介电强度。如本文所用，可使用Beckman介电测试仪和3型电极根据ASTMD149方法C测量介电强度。在一个实施例中，经涂布的织物的厚度可为至多7密耳(0.18mm)，或至多5密耳(0.13mm)，或至多3密耳(0.08mm)，并且介电强度为至少200kV/cm(约508伏/密耳)，或至少225kV/cm(约572伏/密耳)，或至少250kV/cm(约635伏/密耳)。在另外的实施例中，经涂布的织物的厚度可为至多7密耳(0.18mm)，或至多5密耳(0.13mm)，或至多3密耳(0.08mm)，并且介电强度为至多550kV/cm(约1400伏/密耳)，或至多475kV/cm(约1200伏/密耳)，或至多400kV/cm(约1000伏/密耳)。此外，经涂布的织物的厚度可为至多7密耳(0.18mm)，或至多5密耳(0.13mm)，或至多3密耳(0.08mm)，并且介电强度在任何上述值内的范围内，如在155kV/cm至550kV/cm或250kV/cm至400kV/cm的范围内。
在一个实施例中，聚合物材料或经涂布的织物可具有改善的撕裂强度。举例来说，由本文公开的组合物(包括反应性硅酮)形成的聚合物材料或经涂布的织物比由相同组合物(除了用预固化硅酮代替反应性硅酮)形成的类似聚合物材料或经涂布的织物的在纵向或横向上的撕裂强度可大至少15％，或至少30％，或至少45％。改善可为至多100％或更高。撕裂强度根据ASTM D751测量。
在另一个实施例中，与根据本文描述的实施例未形成的聚合物材料相比，根据本文描述的实施例的聚合物材料，当作为涂层施加时，可具有特别改善的涂层附着力，如使用涂层附着力测试所测量。举例来说，由本文公开的组合物(包括硅酮或反应性硅酮)形成的聚合物材料比由相同组合物(除了用预固化硅酮代替反应性硅酮)形成的类似聚合物材料的涂层附着力可大至少15％，或至少30％，或至少45％。改善可为至多200％或更高。涂层附着力测试测量聚合物材料与另一层的5个峰值平均涂层附着力，并且使用英斯特朗(instron)测试方法“在20密耳下CF的附着力(adhesion for CF under 20mi).im_ptf”，十字头速度2英寸/分钟，标距长度1″进行。根据涂层附着力测试，在经向上切割样品的十二个1″×6″切口，并且然后使用2000磅的英斯特朗测力传感器测试。在另一个实施例中，当作为涂层施用时，根据本文描述的实施例的聚合物材料可以具有使用涂层附着力测试测量的特定涂层附着力。举例来说，由本文公开的组合物形成的聚合物材料的涂层附着力可为至少约1.5磅，如至少约1.6磅、或至少约1.7磅、或至少约1.8磅、或至少约1.9磅、或至少约2.0磅、或至少约2.1磅。涂层附着力测试测量聚合物材料另一层的5个峰值平均涂层附着力，并且使用英斯特朗测试方法“在20密耳下CF的附着力.im_ptf”，十字头速度2英寸/分钟，标距长度1″进行。根据涂层附着力测试，在经向上切割样品的十二个1″×6″切口，并且然后使用2000磅的英斯特朗测力传感器测试。
呈现以下实例以说明本说明书中描述的一般原理。不应将说明书视为限于所呈现的具体实例。除非另有指示，否则实例中的所有份数和百分比均以重量计。
实例
实例1
在三个样品流延膜上执行质量损失测试。样品1(X-51 30p)由包括以下的组合物制备：聚四氟乙烯分散体(杜邦(DuPont)的PTFE DISP 30)，其量为液体配制物的74重量％(在干燥膜中构成80重量％的PTFE)，和反应性硅酮(信越(Shin Etsu)的X-51-1318)，其量为液体配制物的26重量％(在干燥膜中构成20重量％的硅酮)。样品2(Polon-MF-56-30p)由包括以下的组合物制备：聚四氟乙烯(杜邦的PTFE DISP 30)，其量为液体配制物的72重量％(在干燥膜中构成80重量％的PTFE)，和反应性硅酮(信越的Polon MF-56)，其量为液体配制物的28重量％(在干燥膜中构成20重量％的硅酮)。样品3为由包括以下的组合物制备的比较样品：聚四氟乙烯(杜邦的PTFE DISP 30)，其量为液体配制物的82重量％(在干燥膜中构成80重量％的PTFE)，和预固化硅酮(瓦克(Wacker)的Finish CT 27E)，其量为液体配制物的18重量％(在干燥膜中构成20重量％的硅酮)。
将每个样品以约20摄氏度/分钟的速率加热到至少600℃的温度。结果呈现于绘制y轴上的TG％和x轴上的温度(℃)的图7和8以及下表1和2中。在图7中，通过从380℃下的质量减去450℃下的质量并且将差值除以380℃下的质量来计算质量损失。在图8中，通过从380℃下的质量减去500℃下的质量并且将差值除以380℃下的质量来计算质量损失。
表1：450℃下的质量损失
样品1 样品2 样品3
3.74wt％ 3.05wt％ 5.93wt％
表2：500℃下的质量损失
样品1 样品2 样品3
11.37wt％ 8.39wt％ 14.63wt％
如由质量损失测试所说明，说明书中描述的聚合物材料可具有出乎意料的更高的热稳定性(对应于更低的质量损失)。
另外，当硅酮存在于制品的顶层中时，表面傅立叶变换红外光谱(FTIR)数据示出预固化硅酮产品在甚至更低的温度下降解更多。
实例2
测试六个样品的介电强度、拉伸强度和撕裂强度。对于样品4，将聚四氟乙烯(PTFE)三程涂布到1080型玻璃织物上；没有使用硅酮。对于样品5至9，每个样品使用涂布到1080型玻璃织物上的包含30vol％反应性硅酮和70vol％聚四氟乙烯(PTFE)的组合物形成。使用Beckman介电测试仪和3型电极根据ASTM D149方法C测量介电强度。根据ASTM D309在纵向(MD)和横向(CD)上测量拉伸强度。根据ASTM D751在纵向(MD)和横向(CD)上测量撕裂强度。结果在下表3中提供。
表3
Figure BDA0002033197740000121
SEM-630为可从加拿大安大略省的SILCHEM有限公司(SILCHEM INC.at Ontario,Canada)获得的反应性硅酮乳液。
X-51-1318；Polon MF-56；和Polon MF-33A为可从美国俄亥俄州阿克伦市的美国信越有机硅有限公司(Shin-Etsu Silicones of America,Inc.,at Akron,OH,USA)获得的反应性硅酮乳液。
COATOSIL DRI为可从美国纽约沃特福德的迈图(MOMENTIVE at Waterford,NY,USA)获得的反应性硅酮乳液。
实例3
评估三个样品的摩擦系数和磨损率。样品10由将PTFE三程涂布到1080型玻璃织物上来形成。样品11由将包括30vol％硅酮和70vol％聚四氟乙烯(PTFE)的组合物2程涂布到1080型玻璃织物上来形成。样品12由将PTFE第一程和包括30vol％硅酮和70vol％聚四氟乙烯(PTFE)的组合物第二程涂布到1080型玻璃织物上来形成。使用NANOVEA摩擦计和滚珠轴承对在圆形轨道上旋转的样品施加负载来测试摩擦系数和磨损率。将摩擦计底座在水平位置调平，并且将滚珠保持在负载臂中并且放置在一定高度以允许摩擦计臂在搁置在样品上时水平地调平，以确保竖直施加正常负载。然后将臂与配重平衡，以确保臂和滚珠保持器最初不对样品表面施加力。将对应于测试所需负载的重物放置在滚珠保持器上方的臂上。然后通过软件，在下表3和4中的测试参数和环境条件下启动和执行测试，并且随时间推移记录摩擦力。
表4
Figure BDA0002033197740000131
表5
Figure BDA0002033197740000132
将每个样品安装在移动台上，并且当通过滚珠在样品表面上施加负载时，台以旋转运动移动样品(参见图9，在接触点处使用滚珠)。使用臂上的应变计传感器测量滚珠和样品之间产生的摩擦力。原位记录摩擦系数COF，并且测量材料损失量以计算样品的磨损率。
评估结果在表6和图10至12中提供。对于样品10，如图10中所说明，滚珠轴承快速磨穿PTFE层到玻璃织物。对于样品11，如图11中所说明，摩擦系数开始略高于PTFE，但随时间的推移而下降，直到最终磨穿到玻璃织物并且略微向上漂移，这指示优于样品10的磨损率改善。对于样品12，如图12中所说明，摩擦系数从与样品10大致相同的位置开始，随着磨穿到PTFE-硅酮共混物而略微增加，并且然后一旦滚珠轴承磨穿到玻璃织物就向上漂移，这也指示优于样品10的磨损率改善。
表6
Figure BDA0002033197740000141
实例4
评估三个样品的涂层附着强度。样品13通过将水分散体中的基础聚四氟乙烯(PTFE)一程涂布到玻璃织物上来形成。样品14通过将包括20vol％反应性硅酮和80vol％基础聚四氟乙烯(PTFE)的组合物一程涂布到玻璃织物上来形成。样品15通过将包括20vol％预固化硅酮和80vol％基础聚四氟乙烯(PTFE)的组合物一程涂布到玻璃织物上来形成。使用英斯特朗测试方法“在20密耳下CF的附着力.im_ptf”，十字头速度2英寸/分钟，标距长度1″测试所有三个样品的涂层附着力。在经向上切割样品13、14和15中的每一个的十二个1″×6″切口，并且然后使用2000磅的英斯特朗测力传感器测试。评估结果在表7和图13中提供。
表7
Figure BDA0002033197740000142
许多不同方面和实施例为可以的。下文描述那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域技术人员将理解，那些方面和实施例仅为说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可根据如下所列项目中的任何一个或多个。
实施例1.一种组合物，其包含：包含含氟聚合物组分的分散体；和包含反应性硅酮组分的乳液；其中所述含氟聚合物组分包含多个具有平均粒径D的含氟聚合物颗粒，和其中由所述组合物形成的单程膜具有至少1.25×10-5×D2.5的临界裂缝厚度CCT，其中CCT以微米为单位和D以纳米为单位。
实施例2.根据实施例1所述的组合物，其中D为至多400nm，或至多380nm，或至多360nm，或至多300nm。
实施例3.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中D为至少150nm，或至少200nm，或至少240nm。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中D在150至400nm的范围内，或在180至300nm的范围内。
实施例5.根据实施例2至4中任一项所述的组合物，其中CCT为至少25微米，或至少30微米，或至少40微米，或至少50微米。
实施例6.根据实施例2至5中任一项所述的组合物，其中CCT为至多100微米，或至多90微米，或至多80微米。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述反应性硅酮组分包含硅氧烷。
实施例8.根据实施例7所述的组合物，其中所述硅氧烷包含聚二甲基硅氧烷。
实施例9.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述反应性硅酮组分包含具有一个或多个适于交联的官能端基的硅酮聚合物。
实施例10.根据实施例9所述的组合物，其中所述一个或多个官能端基包括羟基、烷基硅氧烷、乙烯基、氨基、甲氧基、甲基丙烯酰基、聚醚、硅烷醇、羧酸酐或其任何组合。
实施例11.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述反应性硅酮组分包括在聚合物主链中具有除甲基之外的基团的硅酮聚合物。
实施例12.根据实施例11所述的组合物，其中除甲基之外的所述基团包括苯基、甲氧基、乙氧基、巯基、羧基、丙烯酸酯、异氰酸酯、酸酐、聚醚、芳烷基、氟烷基或其任何组合。
实施例13.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中基于所述单程膜的总重量，所述单程膜的所述反应性硅酮组分为至少6wt％，或至少9wt％，或至少12.5wt％，或至少16wt％，或至少20wt％。
实施例14.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述氟化组分包括含氟聚合物或甚至全氟聚合物。
实施例15.根据实施例14所述的组合物，其中所述含氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(PFA)、四氟乙烯和全氟甲基乙烯醚的共聚物(MFA)、乙烯和四氟乙烯的共聚物(ETFE)、乙烯和氯三氟乙烯的共聚物(ECTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)，包括四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)，或其任何共混物或任何合金。
实施例16.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中基于所述单程膜的所述总重量，所述氟化组分在所述单程膜中的存在量为至多94wt％，或至多91wt％，或至多87.5wt％，或至多84wt％，或至多80wt％。
实施例17.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其另外包含选自颜料、表面活性剂或消泡剂组成的组的填料。
实施例18.根据实施例17所述的组合物，其中所述填料的存在量为至多40wt％，或至多30wt％，或至多20wt％，或至多10wt％。
实施例19.根据实施例17和18中任一项所述的组合物，其中所述填料的存在量为至少0.1wt％，或至少1wt％，或至少3wt％，或至少5wt％。
实施例20.一种聚合物材料，其由根据前述实施例中任一项所述的组合物形成。
实施例21.一种聚合物材料，其包含氟化组分和硅酮组分，其中如根据质量损失测试测量，所述聚合物材料的质量损失为在450℃下至多5wt％，或在500℃下至多12.5wt％，或在550℃下至多30wt％。
实施例22.根据实施例20和21中任一项所述的聚合物材料，其中基于所述聚合物材料的总重量，所述硅酮组分在聚合物材料中的存在量为至少6wt％，或至少9wt％，或至少12.5wt％，或至少16wt％，或至少20wt％。
实施例23.根据实施例20至22中任一项所述的聚合物材料，其中基于所述聚合物材料的总重量，所述氟化组分的存在量为至多94wt％，或至多91wt％，或至多87.5wt％，或至多84wt％，或至多80wt％。
实施例24.一种制品，其包含单层，所述单层包含根据实施例20至23中任一项所述的聚合物材料。
实施例25.一种制品，其包含多个层，至少一个层包含根据实施例20至23中任一项所述的聚合物材料。
实施例26.根据实施例24和25中任一项所述的制品，其中所述制品不含增强层。
实施例27.根据实施例25所述的制品，其中所述层中的至少一个包含增强层。
实施例28.根据实施例27所述的制品，其中包含所述聚合物材料的所述层直接接触所述增强层。
实施例29.根据实施例27和28中任一项所述的制品，其中所述增强层包括包含多种纤维的织物。
实施例30.根据实施例29所述的制品，其中所述多种纤维包括玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维中的至少一种。
实施例31.根据实施例29和30中任一项所述的制品，其中所述聚合物材料浸渍所述多种纤维。
实施例32.根据实施例25至31中任一项所述的制品，其中所述制品包括覆盖包含所述聚合物材料的所述层的第二聚合物层。
实施例33.根据实施例32所述的制品，其中所述第二聚合物层设置在所述增强层和包含所述聚合物材料的所述层之间。
实施例34.根据实施例32所述的制品，其中包含所述聚合物材料的所述层设置在所述增强层和所述第二聚合物层之间。
实施例35.根据实施例32至34中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层包括含氟聚合物。
实施例36.根据实施例32至35中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层不含硅酮。
实施例37.一种制备聚合物材料的方法，其包含：
提供包含氟化组分的分散体；
提供包含反应性硅酮组分的乳液；
将所述分散体和所述乳液混合以形成组合物；和
干燥所述组合物以形成所述聚合物材料。
实施例38.根据实施例37所述的方法，其另外包含将所述组合物涂布在载体层上以形成层。
实施例39.根据实施例37和38中任一项所述的方法，其中所述组合物包括根据实施例1至19中任一项所述的组合物。
实施例40.根据实施例37至39中任一项所述的方法，其另外包含至少一程部分烧结以提供半熔化层。
实施例41.根据实施例37至40中任一项所述的方法，其另外包含烧结所述聚合物材料以形成烧结的聚合物材料。
实施例42.根据实施例41所述的方法，其中烧结温度为至少320℃，或至少350℃，或至少360℃，或至少370℃，或至少380℃。
实施例43.根据实施例42所述的方法，其中所述烧结的聚合物材料包括衍生自所述反应性硅酮组分的硅酮组分。
实施例44.根据前述实施例中任一项所述的组合物、制品或方法，其中所述组合物或聚合物材料另外包含纳米微粒硅酮、氧化铝或二氧化硅。
实施例45.一种组合物，其包含：包含含氟聚合物组分的分散体；和包含硅酮组分的乳液；其中所述含氟聚合物组分包含多个具有平均粒径D的含氟聚合物颗粒，和其中由所述组合物形成的单程膜具有至少1.25×10-5×D2.5的临界裂缝厚度CCT，其中CCT以微米为单位和D以纳米为单位。
实施例46.根据实施例45所述的组合物，其中D为至多400nm，或至多380nm，或至多360nm，或至多300nm。
实施例47.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中D为至少150nm，或至少200nm，或至少240nm。
实施例48.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中D在150至400nm的范围内，或在180至300nm的范围内。
实施例49.根据实施例45至48中任一项所述的组合物，其中CCT为至少25微米，或至少30微米，或至少40微米，或至少50微米。
实施例50.根据实施例45至48中任一项所述的组合物，其中CCT为至多100微米，或至多90微米，或至多80微米。
实施例51.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述反应性硅酮组分包含硅氧烷。
实施例52.根据实施例51所述的组合物，其中所述硅氧烷包含聚二甲基硅氧烷。
实施例53.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述反应性硅酮组分包含具有一个或多个适于交联的官能端基的硅酮聚合物。
实施例54.根据实施例53所述的组合物，其中所述一个或多个官能端基包括羟基、烷基硅氧烷、乙烯基、氨基、甲氧基、甲基丙烯酰基、聚醚、硅烷醇、羧酸酐或其任何组合。
实施例55.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述反应性硅酮组分包括在聚合物主链中具有除甲基之外的基团的硅酮聚合物。
实施例56.根据实施例55所述的组合物，其中除甲基之外的所述基团包括苯基、甲氧基、乙氧基、巯基、羧基、丙烯酸酯、异氰酸酯、酸酐、聚醚、芳烷基、氟烷基或其任何组合。
实施例57.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中基于所述单程膜的总重量，所述单程膜的所述反应性硅酮组分为至少6wt％，或至少9wt％，或至少12.5wt％，或至少16wt％，或至少20wt％。
实施例58.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述氟化组分包括含氟聚合物或甚至全氟聚合物。
实施例59.根据实施例58所述的组合物，其中所述含氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(PFA)、四氟乙烯和全氟甲基乙烯醚的共聚物(MFA)、乙烯和四氟乙烯的共聚物(ETFE)、乙烯和氯三氟乙烯的共聚物(ECTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)，包括四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物(THV)，或其任何共混物或任何合金。
实施例60.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中基于所述单程膜的所述总重量，所述氟化组分在所述单程膜中的存在量为至多94wt％，或至多91wt％，或至多87.5wt％，或至多84wt％，或至多80wt％。
实施例61.根据前述实施例中任一项所述的组合物，其另外包含选自颜料、表面活性剂或消泡剂组成的组的填料。
实施例62.根据实施例61所述的组合物，其中所述填料的存在量为至多40wt％，或至多30wt％，或至多20wt％，或至多10wt％。
实施例63.根据实施例17和18中任一项所述的组合物，其中所述填料的存在量为至少0.1wt％，或至少1wt％，或至少3wt％，或至少5wt％。
实施例64.一种聚合物材料，其由根据前述实施例中任一项所述的组合物形成。
实施例65.一种聚合物材料，其包含氟化组分和硅酮组分，其中如根据质量损失测试测量，所述聚合物材料的质量损失为在450℃下至多5wt％，或在500℃下至多12.5wt％，或在550℃下至多30wt％。
实施例66.根据实施例64和65中任一项所述的聚合物材料，其中基于所述聚合物材料的总重量，所述硅酮组分在聚合物材料中的存在量为至少6wt％，或至少9wt％，或至少12.5wt％，或至少16wt％，或至少20wt％。
实施例67.根据实施例64至65中任一项所述的聚合物材料，其中基于所述聚合物材料的总重量，所述氟化组分的存在量为至多94wt％，或至多91wt％，或至多87.5wt％，或至多84wt％，或至多80wt％。
实施例68.一种制品，其包含单层，所述单层包含根据实施例64至67中任一项所述的聚合物材料。
实施例69.一种制品，其包含多个层，至少一个层包含根据实施例64至67中任一项所述的聚合物材料。
实施例70.根据实施例68和69中任一项所述的制品，其中所述制品不含增强层。
实施例71.根据实施例69所述的制品，其中所述层中的至少一个包含增强层。
实施例72.根据实施例71所述的制品，其中包含所述聚合物材料的所述层直接接触所述增强层。
实施例73.根据实施例71和72中任一项所述的制品，其中所述增强层包括包含多种纤维的织物。
实施例74.根据实施例73所述的制品，其中所述多种纤维包括玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维中的至少一种。
实施例75.根据实施例73和74中任一项所述的制品，其中所述聚合物材料浸渍所述多种纤维。
实施例76.根据实施例68至75中任一项所述的制品，其中制品包括覆盖包含所述聚合物材料的所述层的第二聚合物层。
实施例77.根据实施例76所述的制品，其中所述第二聚合物层设置在所述增强层和包含所述聚合物材料的所述层之间。
实施例78.根据实施例76所述的制品，其中包含所述聚合物材料的所述层设置在所述增强层和所述第二聚合物层之间。
实施例79.根据实施例76至78中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层包括含氟聚合物。
实施例80.根据实施例76至79中任一项所述的制品，其中所述第二聚合物层不含硅酮。
实施例81.一种制备聚合物材料的方法，其包含：提供包含氟化组分的分散体；提供包含硅酮组分的乳液；将所述分散体和所述乳液混合以形成组合物；和干燥所述组合物以形成所述聚合物材料。
实施例82.根据实施例81的所述方法，其另外包含将所述组合物涂布在载体层上以形成层。
实施例83.根据实施例81和82中任一项所述的方法，其中所述组合物包括根据实施例45至63中任一项所述的组合物。
实施例84.根据实施例81至83中任一项所述的方法，其另外包含至少一程部分烧结以提供半熔化层。
实施例85.根据实施例81至84中任一项所述的方法，其另外包含烧结所述聚合物材料以形成烧结的聚合物材料。
实施例86.根据实施例85所述的方法，其中烧结温度为至少320℃，或至少350℃，或至少360℃，或至少370℃，或至少380℃。
实施例87.根据实施例86所述的方法，其中所述烧结的聚合物材料包括衍生自所述反应性硅酮组分的硅酮组分。
实施例88.根据前述实施例中任一项所述的组合物、制品或方法，其中所述组合物或聚合物材料另外包含纳米微粒硅酮、氧化铝或二氧化硅。
实施例89.一种组合物，其包含：包含含氟聚合物组分的分散体；和包含硅酮组分的乳液；其中所述含氟聚合物组分包含多个具有平均粒径D的含氟聚合物颗粒，和其中由所述组合物形成的单程膜具有临界裂缝厚度，并且其中当根据涂层附着力测试测量时，所述组合物包含至少约1.5磅的平均涂层附着力。
实施例90.一种组合物，其包含：包含含氟聚合物组分的分散体；和包含反应性硅酮组分的乳液；其中所述含氟聚合物组分包含多个具有平均粒径D的含氟聚合物颗粒，和其中由所述组合物形成的单程膜具有临界裂缝厚度，并且其中当根据涂层附着力测试测量时，所述组合物包含至少约1.5磅的平均涂层附着力。
注意，以上在一般描述或实例中描述的所有活动并非都是必需的，一部分具体活动可为不需要的，并且除了所描述的那些之外可执行一个或多个另外的活动。又另外，所列活动的顺序不一定是执行它们的顺序。
上面已经针对具体实施例描述益处、其它优点和问题解决方案。然而，益处、优点、问题解决方案以及可导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何一个或多个特征不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征。
本说明书和本文描述的实施例的图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示不旨在用作使用本文描述的结构或方法的设备和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。独立的实施例也可组合地提供于单个实施例中，并且相反地，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地或以任何子组合形式提供。另外，对范围中所述值的引用包括所述范围内的每一个值。只有在阅读本说明书之后，许多其它实施例对于本领域技术人员才是可显而易见的。可使用并且从本公开得出其它实施例，使得可进行结构替换、逻辑替换或其它改变而不脱离本公开的范围。因此，本公开将被视为说明性的而非限制性的。

Claims (11)

1.一种组合物，其包含：
包含含氟聚合物组分的分散体；
包含硅酮组分的乳液；和
刚性颗粒，所述刚性颗粒的杨氏模量大于所述硅酮组分的颗粒的杨氏模量，
其中所述含氟聚合物组分包含多个具有平均粒径D的含氟聚合物颗粒，D为至多400nm并且至少150nm，
其中由所述组合物形成的单程膜具有至少1.25×10-5×D2.5的临界裂缝厚度CCT，其中CCT以微米为单位和D以纳米为单位；且
其中所述硅酮组分包含硅氧烷；或
其中所述硅酮组分包含具有一个或多个适于交联的官能端基的硅酮聚合物；或
其中所述硅酮组分包括反应性硅酮组分，且所述应性硅酮组分包括在聚合物主链中具有除甲基之外的基团的硅酮聚合物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中D为至多380nm并且至少150nm。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的组合物，其中CCT为至少25微米并且至多100微米。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述硅氧烷包含聚二甲基硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一个或多个适于交联的官能端基包括羟基、烷基硅氧烷、乙烯基、氨基、甲基丙烯酰基、聚醚、硅烷醇、羧酸酐或其任何组合。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中除甲基之外的所述基团包括苯基、甲氧基、乙氧基、巯基、羧基、丙烯酸酯、异氰酸酯、酸酐、聚醚、芳烷基、氟烷基或其任何组合。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的组合物，基于所述单程膜的总重量，所述反应性硅酮组分的含量为至少6wt％。
8.根据权利要求1和2中任一项所述的组合物，其中所述含氟聚合物组分包括全氟聚合物。
9.根据权利要求1和2中任一项所述的组合物，其中所述含氟聚合物组分包括聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物、四氟乙烯和全氟甲基乙烯醚的共聚物、乙烯和四氟乙烯的共聚物、乙烯和氯三氟乙烯的共聚物、聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯，包括四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物，或其任何共混物。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中当根据涂层附着力测试测量时，所述组合物包含至少0.68kg的平均涂层附着力。
11.一种制备聚合物材料的方法，其包含：
提供包含氟化组分的分散体；
提供包含硅酮组分的乳液；
提供刚性颗粒，所述刚性颗粒的杨氏模量大于所述硅酮组分的颗粒的杨氏模量，
将所述分散体、所述乳液和所述刚性颗粒混合以形成根据权利要求1至10中任一项所述的组合物；和
干燥所述组合物以形成所述聚合物材料，
其中所述氟化组分包含多个具有平均粒径D的含氟聚合物颗粒，D为至多400nm并且至少150nm；
其中所述硅酮组分包含硅氧烷；或
其中所述硅酮组分包含具有一个或多个适于交联的官能端基的硅酮聚合物；或
其中所述硅酮组分包括反应性硅酮组分，且所述应性硅酮组分包括在聚合物主链中具有除甲基之外的基团的硅酮聚合物。
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