CN112111118A - 一种柔性聚四氟乙烯制品及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性聚四氟乙烯制品及其制备工艺，涉及塑料材料技术领域。一种柔性聚四氟乙烯制品，主要由包括以下重量份的塑料原料制成：聚四氟乙烯80‑120份，纳米氧化锆1.5‑4份，石墨粉1‑2.5份，聚乙烯醇纤维0.5‑1.2份，乙酰化二淀粉磷酸酯0.3‑0.8份，十八烷基三甲基氯化铵0.2‑0.5份。其制备工艺包括以下步骤：压制成型、软化结晶等。柔性聚四氟乙烯制品具有抗弯曲性能好的优点。柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺具有可改善产品抗弯曲性能的优点。

Description

一种柔性聚四氟乙烯制品及其制备工艺
技术领域
本发明涉及塑料材料技术领域，尤其涉及一种柔性聚四氟乙烯制品及其制备工艺。
背景技术
聚四氟乙烯材料，俗称“塑料王”，是一种以四氟乙烯为单体聚合制得的高分子聚合物。聚四氟乙烯材料具有耐酸耐碱、耐有机溶剂、耐高温和摩擦系数低等优点，在化工、食品、医疗和汽车等领域逐渐被广泛使用。
为了提高聚四氟乙烯的耐磨性，人们在聚四氟乙烯制品中添加氧化锆等填料，将氧化锆等填料加入聚四氟乙烯粉末中，再通过高温处理使聚四氟乙烯粉末软化，再通过降温结晶制得聚四氟乙烯制品，氧化锆粒子填充在聚四氟乙烯制品中，改善了聚四氟乙烯制品的耐磨性。
针对上述相关技术，发明人认为，在聚四氟乙烯制品制备过程中，氧化锆等填料与聚四氟乙烯制品中的其它原料之间相容性不佳，不利于提高氧化锆等填料与聚四氟乙烯粉之间的粘合强度，结晶过程中形成一定的内应力，给聚四氟乙烯制品的抗弯曲强度带来一定的不利影响。
发明内容
为了改善聚四氟乙烯制品的抗弯曲性能，本申请提供一种柔性聚四氟乙烯制品及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种柔性聚四氟乙烯制品，采用如下的技术方案：一种柔性聚四氟乙烯制品，主要由包括以下重量份的塑料原料制成：聚四氟乙烯80-120份，纳米氧化锆1.5-4份，石墨粉1-2.5份，聚乙烯醇纤维0.5-1.2份，乙酰化二淀粉磷酸酯0.3-0.8份，十八烷基三甲基氯化铵0.2-0.5份。
通过采用上述技术方案，在聚四氟乙烯制品中加入具有软化功能的十八烷基三甲基氯化铵，使聚四氟乙烯制品具有一定的柔软性，使产品可适用于用作密封件等需要具有一定柔软性的应用领域中。本申请加入石墨粉，有助于改善产品抗静电性能。本申请加入聚乙烯醇纤维，聚乙烯醇纤维上的羟基基团与十八烷基三甲基氯化铵上的铵基基团发生交联反应，在聚四氟乙烯制品中形成层状结构，有助于改善产品抗裂性能和抗弯曲性能。加入乙酰化二淀粉磷酸酯，有助于提高氧化锆和石墨粉等填料与聚四氟乙烯粉之间的粘合强度，加入十八烷基三甲基氯化铵有助于提高填料与聚四氟乙烯粉之间的相容性，有助于减弱后续高温软化和降温结晶过程中产生的内应力，与聚乙烯醇纤维共同作用，提高了聚四氟乙烯制品的抗裂性能和抗弯曲性能。
优选的，主要由包括以下重量份的塑料原料制成：聚四氟乙烯95-105份，纳米氧化锆2.5-3份，石墨粉1.5-2份，聚乙烯醇纤维0.7-1份，乙酰化二淀粉磷酸酯0.3-0.8份，十八烷基三甲基氯化铵0.2-0.5份。更优的，聚四氟乙烯100份，纳米氧化锆2.8份，石墨粉1.8份，聚乙烯醇纤维0.85份，乙酰化二淀粉磷酸酯0.55份，十八烷基三甲基氯化铵0.35份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料投料配比，有助于更好地改善聚四氟乙烯制品的机械性能，延长产品使用寿命。
优选的，所述聚四氟乙烯为粒径不大于200μm的聚四氟乙烯粉。
通过采用上述技术方案，使用粒径大小合适的聚四氟乙烯粉，有助于提高聚四氟乙烯制品各组分之间的粘合强度，有利于改善产品机械性能。
优选的，所述塑料原料还包括0.6-0.9重量份的塑料软化剂。
通过采用上述技术方案，在聚四氟乙烯制品加入少量的塑料软化剂，使聚四氟乙烯制品具有一定的柔韧性，使聚四氟乙烯制品可适用于密封等对聚四氟乙烯制品柔韧性要求更高的领域。
优选的，所述塑料原料还包括0.5-1.2重量份的芳纶纤维。
通过采用上述技术方案，在聚四氟乙烯制品中加入少量的芳纶纤维，有助于提高产品耐磨性，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述塑料原料还包括0.3-0.6重量份的羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯。
通过采用上述技术方案，加入少量的羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯，有助于改善聚四氟乙烯制品中各组分之间的粘合强度，改善产品机械性能。
第二方面，本申请提供一种柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺，包括以下步骤：
S1压制成型：按设定的比例称取塑料原料，混合均匀，转入模具，压制成需要的形状，制得型料；
S2软化结晶：将型料加热至360-380℃软化30-60min，制得软化料；将软化料降温至不高于60℃，软化料结晶，制得柔性聚四氟乙烯制品。
通过采用上述技术方案，将含有聚乙烯醇纤维、乙酰化二淀粉磷酸酯和十八烷基三甲基氯化铵等组分的塑料原料混合均匀，压制成型后再升温软化，在升温过程中乙酰化二淀粉磷酸酯预糊化，使聚四氟乙烯制品各组分粘结成一体，在高温时聚四氟乙烯粉发生软化，再降温使聚四氟乙烯结晶形成机械性能优异的聚四氟乙烯制品，改善了聚四氟乙烯制品的机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述步骤S2在氦气氛围下进行。
通过采用上述技术方案，在氦气氛围下进行软化结晶，相比于空气等介质，氦气的导热系数明显更高，在软化结晶过程中，高导热系数的氦气在软化结晶的设备中流动并传递热量，有利于降低型料不同部位之间的温差，降低聚四氟乙烯制品中的内应力，改善产品抗裂性能和抗弯曲性能。
优选的，所述步骤S1压制成型压力为17-35MPa，所述步骤S2降温速率为20-40℃/h。
通过采用上述技术方案，使用合适的压力有助于提高型料的机械强度，使用合适的降温速率，有利于降温过程中聚四氟乙烯更好地结晶，有利于改善产品机械性能，延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请在聚四氟乙烯制品中加入具有软化功能的十八烷基三甲基氯化铵，使聚四氟乙烯制品具有一定的柔软性，使产品可适用于用作密封件等需要具有一定柔软性的应用领域中；本申请加入石墨粉，有助于改善产品抗静电性能；加入纳米氧化锆和聚乙烯醇纤维有助于提高产品耐磨性；聚乙烯醇纤维上的羟基基团与十八烷基三甲基氯化铵上的铵基基团发生交联反应，在聚四氟乙烯制品中形成层状结构，有助于改善产品抗裂性能和抗弯曲性能；加入乙酰化二淀粉磷酸酯，有助于提高氧化锆和石墨粉等填料与聚四氟乙烯粉之间的粘合强度，加入十八烷基三甲基氯化铵有助于提高填料与聚四氟乙烯粉之间的相容性，有助于减弱后续高温软化和降温结晶过程中产生的内应力，与聚乙烯醇纤维共同作用，提高聚四氟乙烯制品的抗裂性能和抗弯曲性能；
2.本申请通过采用加入芳纶纤维、加入羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯和加入塑料软化剂等方式，有利于改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广；
3.本申请通过在氦气氛围下进行软化结晶，使用合适的降温速率，有利于减弱聚四氟乙烯制品中的内应力，有助于改善产品抗裂性能和抗弯曲性能。
具体实施方式
实施例
在聚四氟乙烯制品生产过程中，为了改善聚四氟乙烯制品的耐磨性和抗静电性等性能，一般会添加氧化锆和石墨等填料，但氧化锆和石墨等填料与聚四氟乙烯粉之间的相容性不佳，不利于填料均匀分散在聚四氟乙烯制品中，不利于提高填料与聚四氟乙烯粉之间的粘合强度，在后续高温软化和降温结晶过程中，形成一定的内应力，影响了聚四氟乙烯制品的抗弯曲强度、抗裂强度等性能。本申请在聚四氟乙烯制品中加入具有软化功能的十八烷基三甲基氯化铵，使聚四氟乙烯制品具有一定的柔软性，使产品可适用于用作密封件等需要具有一定柔软性的应用领域中。本申请加入聚乙烯醇纤维，聚乙烯醇纤维上的羟基基团与十八烷基三甲基氯化铵上的铵基基团发生交联反应，在聚四氟乙烯制品中形成层状结构，有助于改善产品抗裂性能和抗弯曲性能。加入乙酰化二淀粉磷酸酯，有助于提高氧化锆和石墨粉等填料与聚四氟乙烯粉之间的粘合强度，加入十八烷基三甲基氯化铵有助于提高填料与聚四氟乙烯粉之间的相容性，有助于减弱后续高温软化和降温结晶过程中产生的内应力，与聚乙烯醇纤维共同作用，提高聚四氟乙烯制品的抗裂性能和抗弯曲性能。
本发明所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
Figure BDA0002707180150000051
实施例1：一种柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺，包括如下步骤：
S1压制成型：将聚四氟乙烯粉用孔径为200μm的筛网筛分，选用粒径不大于200μm的聚四氟乙烯粉。称取100kg粒径不大于200μm的聚四氟乙烯粉，加入2.8kg纳米氧化锆、1.8kg石墨粉、0.85kg聚乙烯醇纤维、0.55kg乙酰化二淀粉磷酸酯、0.35kg十八烷基三甲基氯化铵、0.75kg塑料软化剂、0.85kg芳纶纤维和0.45kg羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯，混合均匀，转入模具中，用26MPa的力压制成型，制得型料。
S2软化结晶：将型料转入软化炉中，将软化炉内腔中的空气用氦气置换，将软化炉内腔密封，软化炉采用程序控温，将软化炉以60℃/h的升温速率升温至380℃软化45min，制得软化料；设定程序，以30℃/h降温速率将软化料降温至55℃，降温过程中，软化料结晶，制得尺寸为200cm*200cm*1cm的柔性聚四氟乙烯制品。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入塑料软化剂，其它均与实施例1保持一致。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，实施例4不加入芳纶纤维，其它均与实施例1保持一致。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，实施例5的步骤S2中不用氦气置换软化炉内腔，实施例5在空气氛围下进行软化结晶，其它均与实施例1保持一致。
实施例6-13
实施例6-13与实施例1的区别在于，实施例6-13各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例6-13各原料的添加量见表2。
表2实施例6-13的各原料的添加量
Figure BDA0002707180150000061
Figure BDA0002707180150000071
实施例14-17
实施例14-17与实施例1的区别在于，实施例14-17各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例14-17各步骤工艺参数见表3。
表3实施例14-17各步骤中的参数
Figure BDA0002707180150000072
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入聚乙烯醇纤维、乙酰化二淀粉磷酸酯和十八烷基三甲基氯化铵，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2不加入聚乙烯醇纤维，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3不加入乙酰化二淀粉磷酸酯，其它均与实施例1保持一致。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4不加入十八烷基三甲基氯化铵，其它均与实施例1保持一致。
性能检测
1、弯曲模量：参照GB/T9341-2008《塑料弯曲性能的测定》公开的方法进行试验，并计算不同产品的弯曲模量，实验结果如表4。
2、拉伸强度：参照GB1040-79《塑料拉伸试验方法》公开的方法进行试验，并计算不同产品的拉伸强度，实验结果如表4。
表4不同柔性聚四氟乙烯制品性能测试结果对比表
Figure BDA0002707180150000081
Figure BDA0002707180150000091
对比例1未加入聚乙烯醇纤维、乙酰化二淀粉磷酸酯和十八烷基三甲基氯化铵，制备出的聚四氟乙烯制品的抗弯曲性能和抗拉伸性能均不佳，不利于产品市场推广。对比例2未加入聚乙烯醇纤维，制备出的聚四氟乙烯制品抗弯曲性能和抗拉伸性能均不佳。对比例3未加入乙酰化二淀粉磷酸酯，制备出的聚四氟乙烯制品抗弯曲性能和抗拉伸性能均不佳。对比例4未加入十八烷基三甲基氯化铵，制备出的聚四氟乙烯制品抗弯曲性能和抗拉伸性能均不佳，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-4的实验结果，可以看出，在制备聚四氟乙烯制品的过程中，同时加入聚乙烯醇纤维、乙酰化二淀粉磷酸酯和十八烷基三甲基氯化铵，制备出的聚四氟乙烯制品具有优异的抗弯曲性能和抗拉伸性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。对比实施例1和对比例1-4的实验结果，还可以看出，聚乙烯醇纤维、乙酰化二淀粉磷酸酯和十八烷基三甲基氯化铵，这三种物质之间存在一定的协同作用，共同提高了聚四氟乙烯制品的抗弯曲性能和抗拉伸性能。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯，制备出的聚四氟乙烯制品的机械性能稍有降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入塑料软化剂，制备出的聚四氟乙烯制品的抗弯曲性能变化不大，抗拉伸性能稍有降低。对比实施例1和实施例4的实验结果，实施例4未加入芳纶纤维，制备出的聚四氟乙烯制品的机械性能有所降低。对比实施例1和实施例5的实验结果，实施例5的步骤S2未用氦气置换软化炉内腔，实施例5在空气氛围下进行软化结晶，制备出的聚四氟乙烯制品的机械性能有所降低，不利于产品市场推广。
相比于实施例1，实施例6-13中各原料的添加量不同，实施例14-17中各步骤工艺参数有所不同，制备出的聚四氟乙烯制品均具有优异的抗弯曲性能和抗拉伸性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性聚四氟乙烯制品，其特征在于，主要由包括以下重量份的塑料原料制成：聚四氟乙烯80-120份，纳米氧化锆1.5-4份，石墨粉1-2.5份，聚乙烯醇纤维0.5-1.2份，乙酰化二淀粉磷酸酯0.3-0.8份，十八烷基三甲基氯化铵0.2-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种柔性聚四氟乙烯制品，其特征在于，主要由包括以下重量份的塑料原料制成：聚四氟乙烯95-105份，纳米氧化锆2.5-3份，石墨粉1.5-2份，聚乙烯醇纤维0.7-1份，乙酰化二淀粉磷酸酯0.3-0.8份，十八烷基三甲基氯化铵0.2-0.5份。
3.根据权利要求1所述的一种柔性聚四氟乙烯制品，其特征在于：所述聚四氟乙烯为粒径不大于200μm的聚四氟乙烯粉。
4.根据权利要求1所述的一种柔性聚四氟乙烯制品，其特征在于：所述塑料原料还包括0.6-0.9重量份的塑料软化剂。
5.根据权利要求1所述的一种柔性聚四氟乙烯制品，其特征在于：所述塑料原料还包括0.5-1.2重量份的芳纶纤维。
6.根据权利要求5所述的一种柔性聚四氟乙烯制品，其特征在于：所述塑料原料还包括0.3-0.6重量份的羟乙基甲基丙烯酯磷酸酯。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1压制成型：按设定的比例称取塑料原料，混合均匀，转入模具，压制成需要的形状，制得型料；
S2软化结晶：将型料加热至360-380℃软化30-60min，制得软化料；将软化料降温至不高于60℃，软化料结晶，制得柔性聚四氟乙烯制品。
8.根据权利要求7所述的一种柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺，其特征在于：所述步骤S2在氦气氛围下进行。
9.根据权利要求7所述的一种柔性聚四氟乙烯制品的制备工艺，其特征在于：所述步骤S1压制成型压力为17-35MPa，所述步骤S2降温速率为20-40℃/h。
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