CN115926285A - 一种采用upe和pfa共混组合材料的多层密封组合体 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及密封材料技术领域，具体提供一种采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体。本申请采用由全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和全氟烷基(甲基)丙烯酸酯按重量比1:1‑50组成的氟单体对聚乙烯进行改性，获得的共混相容剂加入到UPE和PFA塑料的共混物中能够实现UPE和PFA塑料的良好相容，可以制备获得多层密封组合体，利用PFA的耐高温性提高了UPE的耐高温性，拓宽了UPE作为密封材料的工作温度范围。
Description
技术领域
本申请涉及密封材料技术领域，更具体地说，涉及一种采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UPE)是常用的密封件材料，耐磨性、自润滑性、强度等性能都比较好，而且化学性质稳定、抗老化性能强，长期使用温度为-200～80℃，耐低温性较好，但耐高温性较差。
PFA塑料，是少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物，又称为可溶性聚四氟乙烯，具有聚四氟乙烯的优良性能和良好的加工性，是特种密封材料，长期使用温度为-196℃～260℃，耐高低温性能都较好。
在UPE密封材料中加入少量的PFA塑料可以明显提高密封材料的耐高温性，提高长期使用的上限温度。但UPE和PFA的相容性较差，直接共混难以达到较好的相容性，导致共混失败，无法实现提高UPE密封材料耐高温性的目的。
现有技术中，中国发明专利CN103694417A公开了一种聚四氟乙烯和高密度聚乙烯共混增容剂，在马来酸酐接枝低密度聚乙烯相容剂HDPE-g-MAH上继续接枝碳氟聚醚单体PAVE。
发明内容
发明人发现，上述现有技术中的相容剂应用时聚四氟乙烯是颗粒状态，相当于聚四氟乙烯是高密度聚乙烯的填料，而没有实现聚四氟乙烯和高密度聚乙烯两种材料在微观级别的共混。
为了实现UPE和PFA塑料在微观级别的共混，本申请提供一种采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体。
本申请采用如下的技术方案：
一种采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，所述多层密封组合体由金属密封圈和塑料密封圈组成，所述塑料密封圈套设于所述金属密封圈的外面；
所述塑料密封圈包含以下各原料组分，100份UPE、1-20份PFA塑料、0.5-5份共混相容剂和0.05-2份抗氧化剂；
所述共混相容剂的制备方法为：按重量份数计，将原料组分100份聚乙烯、0.5-10份氟单体、0.1-5份自由基引发剂混合均匀，加入第一挤出机中，在100-200℃下挤出成型，获得所述共混相容剂；
所述氟单体由全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和全氟烷基(甲基)丙烯酸酯按重量比1:1-50组成。
优选的，所述塑料密封圈按以下方法制备：
将所述UPE和部分所述抗氧化剂加入到第二挤出机中，在200-220℃下熔融；
将所述PFA塑料、所述共混相容剂和剩余的所述抗氧化剂加入到第三挤出机中，在320-350℃熔融，挤出到上述第二挤出机的熔融段后，所述第二挤出机挤出、成型，获得所述共混组合物。
更优选的，所述第二挤出机中加入UPE重量0.1-5％的加工助剂。
再优选的，所述加工助剂选自润滑剂和耐热添加剂中的一种或几种组合。
优选的，所述聚乙烯为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯，190℃、2.16Kg负载条件下的熔融指数为1-15g/min。
优选的，所述自由基引发剂选自过氧化物，半衰期为1小时的温度范围为90-150℃。
优选的，所述全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯的结构通式为C3F7[CF(CF3)CF2O]nOCF2(CF3)CH2OCOC(R1)＝CH2，其中，R1选自H或C1-C4的烷基，n＝0-15。
优选的，所述全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的结构通式为CF3(CF2)mCH2CH2OCOC(R2)＝CH2，其中，R2选自H或C1-C4的烷基，m＝2-20。
优选的，所述原料组分中还包含1-5份矿物油。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用由全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和全氟烷基(甲基)丙烯酸酯组成的氟单体作为聚乙烯的接枝改性剂，通过熔融挤出，实现对聚乙烯的接枝，获得的共混相容剂为聚乙烯接枝聚全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和聚全氟烷基(甲基)丙烯酸酯，其中聚乙烯与UPE的相容性好，聚全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和聚全氟烷基(甲基)丙烯酸酯与PFA塑料的相容性好，实现UPE与PFA塑料的相容共混。
2、本申请的聚乙烯接枝聚全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和聚全氟烷基(甲基)丙烯酸酯，其中全氟烷基链段与PFA塑料中的四氟乙烯链段的相容性好、全氟聚醚链段与PFA塑料中的全氟丙基全氟乙烯基醚链段的相容性好，因此能实现UPE和PFA塑料的良好共混。
3、发明人发现，在制备共混相容剂中加入一定量的矿物油有助于提高共混相容剂的效果，尤其是氟单体在常温下为固体时，可能是由于加入的矿物油提高了氟单体以及自由基引发剂在聚乙烯表面的分散均匀性，有助于引发剂分解成自由基后的分布均匀性，进而提高了氟单体在聚乙烯上的接枝率。
4、PFA塑料和UPE的熔融挤出的加工温度差别较大。发明人发现，本发明的共混相容剂对PFA塑料和UPE都具有塑化功能，可以降低两者加工成型时的温度。先将PFA塑料和共混相容剂进行熔融挤出，在低于PFA塑料常规的熔融挤出温度下进行加工，并且加入抗氧化剂，可以降低共混相容剂中聚乙烯的降解。将熔融的混合物直接以熔融状态定量的加入到熔融的UPE中进行混合、挤出成型，可以实现UPE和混合物的共同熔融，实现微观层级的共混，即使冷却后仍然具有较好的相容性。
附图说明
附图1为本申请的多层密封组合体的一种密封结构示意；
附图2为本申请的多层密封组合体在往复运动的活塞中的密封应用示意；
其中，1-塑料密封圈，2-不锈钢密封圈，3-对位凹槽，4-固定件，5-对位凸起，6-多层密封组合体，7-活塞。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细描述。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
本发明第一方面提供一种UPE和PFA塑料共混相容剂的制备方法，按重量份数计，将原料组分100份聚乙烯、0.5-10份氟单体、0.1-5份自由基引发剂混合均匀，加入第一挤出机中，在100-200℃下挤出成型，获得共混相容剂；
本发明中，氟单体由全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和全氟烷基(甲基)丙烯酸酯按重量比1:1-50组成。进一步的，氟单体由全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和全氟烷基(甲基)丙烯酸酯按重量比1:1-30组成，再进一步的，按重量比1:2-20组成。
上述制备方法中，聚乙烯、氟单体、自由基引发剂都可以从市场上直接获得。
上述制备方法中，第一挤出机可以是双螺杆挤出机或单螺杆挤出机。
本发明中，上述制备方法中的聚乙烯可以是高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线型低密度聚乙烯。采用高密度聚乙烯时，加料段温度可以为100-120℃，塑化段温度可以为130-140℃，均化段温度可以为150-160℃；采用低密度聚乙烯，加料段温度可以为90-100℃，塑化段温度可以为100-120℃，均化段温度可以为140-160℃；采用线性低密度聚乙烯，加料段温度可以为110-120℃，塑化段温度可以为140-150℃，均化段温度可以为160-170℃。进一步的，本发明中的聚乙烯可以选自低密度聚乙烯或高密度聚乙烯，190℃、2.16Kg负载条件下的熔融指数为1-15g/min。更进一步的，低密度聚乙烯或或高密度聚乙烯的熔融指数为2-12g/min，比如2g/min、3g/min、4g/min、5g/min、6g/min、7g/min、8g/min、9g/min、10g/min、11g/min或12g/min，无特别的限制。
本发明中，自由基引发剂可以选自过氧化物，半衰期为1小时的温度范围为90-150℃，具体的，自由基引发剂可以是过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、2,2-二(叔丁基过氧化)丁烷、过氧化甲乙酮或过氧化二叔丁基，或者两种或两种以上自由基引发剂的组合。采用两种或两种以上自由基引发剂的组合，尤其是同一温度下两种或两种以上分解速率有明显差别的自由基引发剂，可以避免反应后期自由基的不足，具有更好的接枝效果。进一步的，自由基引发剂可以采用过氧化二异丙苯(DCP)或过氧化苯甲酰(BPO)或DCP和BPO的组合。BPO的分解温度相比DCP的分解温度低，BPO和DCP的组合可以避免反应后期自由基的不足，提高接枝效率。具体的，BOP和DCP的重量比可以为1:3-3:1。
本发明中，全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯的结构通式为C3F7[CF(CF3)CF2O]nOCF2(CF3)CH2OCOC(R1)＝CH2，其中，R1选自H或C1-C4的烷基，n＝0-15。进一步的，R1为H或甲基；进一步的，n＝1-8，具体的，n可以为1、2、3、4、5、6、7或8。
本发明中，全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的结构通式为CF3(CF2)mCH2CH2OCOC(R2)＝CH2，其中，R2选自H或C1-C4的烷基，m＝2-20。进一步的，R2为H或甲基；进一步的，m＝3-9，具体的，m可以为3、4、5、6、7、8或9。
本发明中，上述制备方法中，原料组分中还包含1-5份矿物油。更具体的，矿物油为白矿油，可以是3#白矿油、5#白矿油、7#白矿油、10#白矿油或11#白矿油。
本发明第二方面提供一种UPE和PFA塑料的共混组合物，按重量份数计，包含以下各原料组分，100份UPE、1-20份PFA塑料、0.5-5份上述任一实施方案所述的制备方法获得的共混相容剂和0.05-2份抗氧化剂。
本发明的上述共混组合物中，根据所要达到的性能的需要，选择不同的PFA塑料份数，PFA塑料的重量份数越多，共混组合物的耐热性越高，相对的，成本也越高。本发明中，UPE、PFA塑料都为市售产品。
进一步的，PFA塑料的重量份数为3-20份。
本发明中，共混相容剂的重量可以UPE与PFA塑料重量和的1％-4％；进一步的，共混相容剂的重量为UPE与PFA塑料重量和的1.5％-3.5％。
本发明中，抗氧化剂可以选自市售的塑料抗氧化剂，无特别的限制，比如抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076等。
本发明第三方面提供一种上述实施方案所述的共混组合物的共混工艺，包括以下步骤，
将所述UPE和部分所述抗氧化剂加入到第二挤出机中，在200-220℃下熔融；
将所述PFA塑料、所述共混相容剂和剩余的所述抗氧化剂加入到第三挤出机中，在320-350℃熔融，挤出到上述第二挤出机的熔融段，所述第二挤出机挤出、成型，获得所述共混组合物。
本发明中，PFA塑料、UPE和共混相容剂在使用前进行干燥处理。PFA塑料可以在120℃下烘烤3小时，UPE可以在60℃烘烤3小时，共混相容剂可以在50℃下烘烤3小时。
本发明中，采用各自熔融后再混合的熔融方式进行共混工艺，PFA塑料与共混相容剂熔融，共混相容剂对PFA塑料具有塑化效果，可以降低PFA塑料的加工温度。共混相容剂的量越多，PFA塑料的加工温度越低。比如，UPE为100份，PFA塑料为10份，共混相容剂为1.65份，共混相容剂与PFA塑料的重量比为1.65:10，PFA的加工温度可降低20-25℃。比如，UPE为100份，PFA塑料为10份，共混相容剂为2.2份，共混相容剂与PFA塑料的重量比为2.2:10，PFA的加工温度可降低30-35℃。再将熔融状态的半共混物直接挤出加入到熔融的UPE中混合均匀，挤出成型，结合(1)共混相容剂对UPE和PFA具有塑化作用，(2)UPE熔融温度下，由于共混相容剂的塑化作用，PFA塑料冷却较慢，在挤出成型前还未发生凝固，(3)螺杆的挤出、摩擦、分散作用，(4)PFA塑料相对UPE的重量较少，(5)共混相容剂中存在氟单体的均聚物和/或共聚物，对PFA塑料也具有塑化效果，因此，将熔融状态的PFA塑料和共混相容剂的混合物直接加入到熔融状态的UPE中，PFA塑料较好的分散在UPE中，在挤出前未有凝固物析出，挤出成型、冷却后UPE和PFA塑料未发生相分离。
本发明中，第二挤出机中加入UPE重量0.1-5％的加工助剂，可以提高UPE的加工效果。加工助剂可以是润滑剂，比如氧化聚乙烯蜡、硅油、硅树脂、硅蜡、二硫化钼等，还可以是抗氧化剂，比如抗氧化剂1010、抗氧化剂1076等，也可以是耐热添加剂，比如氧化铈、氧化铁等。
本发明中，第二挤出机和第三挤出机分别选自双螺杆挤出机。采用双螺杆挤出机混合效果更好、加工效率更高。
本发明中，熔融状态的PFA塑料和共混相容剂的混合物加入到熔融状态的UPE中时，可以进行定量加入，以控制PFA塑料、UPE和共混相容剂三种原料的比例。
本发明第四方面提出一种多层密封组合体，由金属密封圈和塑料密封圈组成，塑料密封圈套设于塑料密封圈的外面；塑料密封圈由上述实施方案记载的共混组合物加工而成。
本申请中，金属密封圈的材质无特别的限制，材质可以是不锈钢、铝合金、镁合金等。金属密封圈可以是封闭的或者非封闭的，非封闭的金属密封圈可以根据需要调整开口宽度，开口的相对两个端部的形状可以是互补的。塑料密封圈也可以是封闭的或者非封闭的，非封闭的塑料密封圈可以根据需要调整开口宽度，开口的相对两个端部的形状可以是互补的。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请进行详细说明。如无特别指明，下述各实施例和对比例中的份数都为重量份数。
制备例1
按原料组分100份低密度聚乙烯(190℃、2.16Kg负载条件下的熔融指数为5g/min)、0.1份全氟聚醚丙烯酸酯C3F7[CF(CF3)CF2O]2OCF2(CF3)CH2OCOCH＝CH2、2份全氟烷基甲基丙烯酸酯CF3(CF2)5CH2CH2OCOCCH3＝CH2、0.7份DCP和0.3份BPO，将各原料组分加入到双螺杆挤出机中，加料段温度95-100℃，塑化段温度115-125℃，均化段温度150-160℃，机头温度为145-150℃，螺杆长径比20:1，主机螺杆转速为35r/min，加料螺杆转速为60r/min，进行挤出、成型、造粒，获得共混相容剂。
制备例2
按原料组分100份低密度聚乙烯(190℃、2.16Kg负载条件下的熔融指数为7g/min)、0.4份全氟聚醚甲基丙烯酸酯C3F7[CF(CF3)CF2O]4OCF2(CF3)CH2OCOCCH3＝CH2、4.5份全氟烷基甲基丙烯酸酯CF3(CF2)7CH2CH2OCOCCH3＝CH2、0.8份DCP和0.3份BPO，将各原料组分加入到双螺杆挤出机中，按照实施例1中的加工工艺进行加工。
制备例3
按原料组分100份实施例1的低密度聚乙烯、1份全氟聚醚甲基丙烯酸酯C3F7[CF(CF3)CF2O]4OCF2(CF3)CH2OCOCCH3＝CH2、8份全氟烷基丙烯酸酯CF3(CF2)7CH2CH2OCOCH＝CH2、0.9份DCP和0.3份BPO，将各原料组分加入到双螺杆挤出机中，按照实施例1中的加工工艺进行加工。
制备例4
按原料组分100份实施例1的低密度聚乙烯、0.3份全氟聚醚甲基丙烯酸酯C3F7[CF(CF3)CF2O]4OCF2(CF3)CH2OCOCCH3＝CH2、3份全氟烷基丙烯酸酯CF3(CF2)7CH2CH2OCOCH＝CH2、0.75份DCP和0.25份BPO，将各原料组分加入到双螺杆挤出机中，按照实施例1中的加工工艺进行加工。
制备例5
制备例4中，全氟聚醚甲基丙烯酸酯的重量调整由0.3份调整为0.5份，全氟烷基丙烯酸酯的重量由3份调整为2.8份，其余步骤保持不变。
制备例6
在制备例4的原料组分中加入3份7#白矿油，其余步骤保持不变。
制备例7
制备例4中将自由基引发剂由0.75份DCP和0.25份BPO的组合调整为1份DCP，其余步骤保持不变。
以下各实施例和对比例中，UPE的分子量为500万，PFA塑料采用巨化FJY-A15。
实施例1
按照100份UPE、3份PFA塑料、1.2份制备例1的共混相容剂、1份二硫化钼和0.59份抗氧化剂1010，UPE、PFA塑料和共混相容剂预先进行烘干除水分。
将UPE、二硫化钼和0.5份抗氧化剂加入到UPE双螺杆挤出机中，加料段温度150-160℃，塑化段温度190-200℃，均化段温度210-215℃，机头温度为215-220℃，螺杆长径比20:1，主机螺杆转速为40r/min，加料螺杆转速为60r/min；
将PFA塑料、共混相容剂和0.09份抗氧化剂1010加入到PFA双螺杆挤出机中，加料段温度250-260℃，塑化段温度310-320℃，均化段温度340-350℃，机头温度为340-350℃，螺杆长径比20:1，主机螺杆转速为30r/min，加料螺杆转速为50r/min，进行挤出，熔融状态的混合物按原料的重量比直接定量加入到上述UPE双螺杆挤出机的塑化段，均化、挤出、成型，获得UPE/PFA共混物。
实施例2
将100份UPE、1份二硫化钼和0.5份抗氧化剂1010按照实施例1中的挤出成型工艺进行加工。
将8份PFA塑料、2份制备例2中的共混相容剂和0.1份抗氧化剂1010按照实施例1中的工艺形成熔融状态并加入到上述UPE双螺杆挤出机中进行加工成型。
实施例3
将100份UPE、1份氧化聚乙烯蜡和0.3份抗氧化剂1010按照实施例1中的挤出成型工艺进行加工。
将15份PFA塑料、3.5份制备例3中的共混相容剂和0.1份抗氧化剂1010按照实施例1中的工艺形成熔融状态并加入到上述UPE双螺杆挤出机中进行加工成型。
实施例4
将100份UPE、1.5份氧化聚乙烯蜡和0.3份抗氧化剂1076按照实施例1中的挤出成型工艺进行加工。
将20份PFA塑料、4.5份制备例4中的共混相容剂和0.1份抗氧化剂1076按照实施例1中的工艺形成熔融状态并加入到上述UPE双螺杆挤出机中进行加工成型。
实施例5
将100份UPE、1.2份氧化聚乙烯蜡和0.3份抗氧化剂1076按照实施例1中的挤出成型工艺进行加工。
将10份PFA塑料、3份制备例4中的共混相容剂和0.1份抗氧化剂1076按照实施例1中的工艺形成熔融状态并加入到上述UPE双螺杆挤出机中进行加工成型。
实施例6
实施例5中，以相同重量份数的制备例5中的共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
实施例7
实施例5中，以相同重量份数的制备例6中的共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
实施例8
实施例5中，以相同重量份数的制备例7中的共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
实施例9
将100份UPE、0.9份二硫化钼和0.35份抗氧化剂1076按照实施例1中的挤出成型工艺进行加工。
将16份PFA塑料、3.2份制备例4中的共混相容剂和0.1份抗氧化剂1076按照实施例1中的工艺形成熔融状态并加入到上述UPE双螺杆挤出机中进行加工成型。
实施例10
实施例9中，以相同重量份数的制备例6中的共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
对比例1
实施例5中，以相同重量份数的市售马来酸酐接枝聚乙烯(科艾斯化学有限公司W1L)替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
对比例2
将100份科艾斯化学有限公司W1L马来酸酐接枝聚乙烯溶解在700份丙酮中，加入3份全氟庚基胺(CF3CF2CF2CF2CF2CF2CH2NH2)，室温下搅拌3小时，除去丙酮和未反应的全氟庚基胺，获得氟改性马来酸酐接枝聚乙烯。
实施例5中，以相同重量份数的上述氟改性马来酸酐接枝聚乙烯替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
对比例3
按原料组分100份科艾斯化学有限公司W1L马来酸酐接枝聚乙烯、3.3份PAVE碳氟聚醚单体CF3(OCF2CF2CF2)4OCF＝CF2、0.75份DCP和0.25份BPO，将各原料组分加入到双螺杆挤出机中，按照实施例1中的加工工艺进行加工，获得共混相容剂。
实施例5中，以相同重量份数的上述共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
对比例4
制备例4中，将0.3份全氟聚醚甲基丙烯酸酯和3份全氟烷基丙烯酸酯替换为3.3份全氟烷基丙烯酸酯，其余步骤保持不变。
实施例5中，以相同重量份数的上述共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
对比例5
制备例4中，将0.3份全氟聚醚甲基丙烯酸酯和3份全氟烷基丙烯酸酯替换为3.3份全氟聚醚甲基丙烯酸酯，其余步骤保持不变。
实施例5中，以相同重量份数的上述共混相容剂替代制备例4中的共混相容剂，其余步骤保持不变。
对比例6
实施例4中，将PFA塑料调整为25份，共混相容剂调整6份，其余步骤保持不变。
热变形温度：按照GB/T1634-2004测试，0.45MPa压力。
相分离：观察待测UPE/PFA共混物拉伸断裂后的断面，判断UPE和PFA塑料的相容性。
结果如下表1所示。
表1
| 测试样品 | 热变形温度/℃ | 相容性 |
| 实施例1 | 90 | 好，无相分离 |
| 实施例2 | 95 | 好，无相分离 |
| 实施例3 | 105 | 好，无相分离 |
| 实施例4 | 114 | 好，无相分离 |
| 实施例5 | 100 | 好，无相分离 |
| 实施例6 | 99 | 好，无相分离 |
| 实施例7 | 98 | 好，无相分离 |
| 实施例8 | 99 | 好，无相分离 |
| 实施例9 | 108 | 好，无相分离 |
| 实施例10 | 106 | 好，无相分离 |
| 对比例1 | / | 差，相分离明显 |
| 对比例2 | / | 较差，相分离较明显 |
| 对比例3 | 89 | 一般，有一定的相分离 |
| 对比例4 | 95 | 较好，局部的少量相分离 |
| 对比例5 | 93 | 较好，局部的少量相分离 |
| 对比例6 | / | 较差，相分离较明显 |
| UPE | 83 | / |
由表1的数据可知，采用本申请的共混相容剂可以实现UPE和PFA塑料很好的相容，从UPE/PFA共混物拉伸断裂后的断面观察不存在相分离情况。对比例1中采用马来酸酐接枝聚乙烯与PFA塑料的相容性很差，加入到UPE和PFA塑料的共混物中后UPE和PFA塑料相分离明显；对比例2中采用氟烷基胺对马来酸酐接枝聚乙烯进行开环改性后，聚乙烯表面存在羧基，羧基的极性较大，氟改性马来酸酐接枝聚乙烯对UPE和PFA塑料的相容性都较差，导致UPE和PFA塑料共混后存在较明显的相分离；对比例3是在马来酸酐接枝聚乙烯上继续接枝氟链段，作为共混相容剂，UPE和PFA塑料仍然存在相分离，可能是由于马来酸酐基团的存在影响了相容效果。对比例4和对比例5分别采用全氟烷基丙烯酸酯和全氟聚醚甲基丙烯酸酯，可能与PFA塑料的相容性没有两种(甲基)丙烯酸酯的组合(即本申请中的氟单体)的好；对比例6相比实施例4增加了PFA塑料和共混相容剂的份数，但出现不相容情况，观察端面，共混物中出现明显的相分离，原因是PFA的份数较多，熔融状态加入到熔融的UPE中，更容易因为冷凝而出现固体，导致相容性变差。
请见附图1，将实施例1成型的UPE/PFA共混物加工成具有开口的塑料密封圈(1)，塑料密封圈(1)开口处两个对应形状互补，再套设于具有开口的不锈钢密封圈(2)的外表面，即获得本申请的多层密封组合体。本发明的多层密封组合体，利用开口的不锈钢密封圈(2)所具有的向外的弹性力，推动塑料密封圈(1)向外撑开贴住所需要密封的位置，实现密封。使用时，多层密封组合体中不锈钢密封圈(2)开口处可以闭合，也可以不闭合，塑料密封圈(1)开口处可以闭合，也可以不闭合。显然的，多层密封组合体中不锈钢密封圈和塑料密封圈的开口形状可根据需要调整。
进一步的，为了避免多层密封组合体在使用过程中的转动，影响密封效果，可以在塑料密封圈(1)的内圈上相对着开口的位置设置一个对位凹槽(3)。相应的，在多层密封组合体套设的固定件(4)上设置一个对位凸起(5)，对位凸起(5)穿过不锈钢密封圈(2)的开口，并与对位凹槽(3)进行卡接和对位，实现多层密封组合体位置的固定。
请见附图2，本申请的多层密封组合体(6)应用于往复运动的活塞(7)的密封，介质为LNG液化天然气，使用温度为-162℃，压力为36MPa，平均速度为0.15m/s。活塞(4)的材质为铝青铜，缸体材质为316不锈钢，缸径Φ46(+0.139，+0.1)内表面镀硬铬，硬度62HRC，粗糙度Ra0.2。在此应用中，本申请的多层密封组合体(6)具有较好的密封效果。
进一步的，鉴于活塞(7)上的每个多层密封组合体(6)都存在一定几率的泄漏，为了提高密封效果，相邻两个多层密封组合体(6)的开口(即实施例1中塑料密封圈(1)的开口)位置交错设置，举例的，从上往下，第二个多层密封组合体的开口与第三个多层密封组合体的开口呈大致180°，第三个多层密封组合体的开口与第四个多层密封组合体的开口呈大致90°。显然的，相邻两个多层密封组合体(6)的开口也可以以不同角度进行设置。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述多层密封组合体由金属密封圈和塑料密封圈组成，所述塑料密封圈套设于所述金属密封圈的外面；
所述塑料密封圈包含以下各原料组分，100份UPE、1-20份PFA塑料、0.5-5份共混相容剂和0.05-2份抗氧化剂；
所述共混相容剂的制备方法为：按重量份数计，将原料组分100份聚乙烯、0.5-10份氟单体、0.1-5份自由基引发剂混合均匀，加入第一挤出机中，在100-200℃下挤出成型，获得所述共混相容剂；
所述氟单体由全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯和全氟烷基(甲基)丙烯酸酯按重量比1:1-50组成。
2.根据权利要求1所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述塑料密封圈按以下方法制备：
将所述UPE和部分所述抗氧化剂加入到第二挤出机中，在200-220℃下熔融；
将所述PFA塑料、所述共混相容剂和剩余的所述抗氧化剂加入到第三挤出机中，在320-350℃熔融，挤出到上述第二挤出机的熔融段后，所述第二挤出机挤出、成型，获得所述共混组合物。
3.根据权利要求2所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述第二挤出机中加入UPE重量0.1-5%的加工助剂。
4.根据权利要求3所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述加工助剂选自润滑剂和耐热添加剂中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯，190℃、2.16Kg负载条件下的熔融指数为1-15g/min。
6.根据权利要求1所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述自由基引发剂选自过氧化物，半衰期为1小时的温度范围为90-150℃。
7.根据权利要求1所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯的结构通式为C3F7[CF(CF3)CF2O]nOCF2(CF3)CH2OCOC(R1)=CH2，其中，R1选自H或C1-C4的烷基，n=0-15。
8.根据权利要求1所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述全氟烷基(甲基)丙烯酸酯的结构通式为CF3(CF2)mCH2CH2OCOC(R2)=CH2，其中，R2选自H或C1-C4的烷基，m=2-20。
9.根据权利要求1所述的采用UPE和PFA共混组合材料的多层密封组合体，其特征在于：所述原料组分中还包含1-5份矿物油。
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|---|
| 于海江;姚伟;罗正鸿;: "氟硅聚合物功能材料的制备技术", 有机硅材料, no. 06 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115926285B (zh) | 2024-01-19 |
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