一種填充改性ptfe密封板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種填充改性PTFE密封板材及其制備方法，具體涉及一種具有低蠕 變和高密封性能的填充改性PTFE密封板材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚四氟乙烯是一種由單體四氟乙烯烴自由基聚合得到的全氟化聚合物，由于其特 殊的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)使其具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性、極強(qiáng)的耐高低溫性能、突出的不粘性，良好的潤(rùn) 滑性，有益的電絕緣性、耐老化性，極小的吸水性等，且使用溫度范圍廣，廣泛用作各種密封 件。但單一的聚四氟乙烯材料機(jī)械性能較差，線性膨脹系數(shù)大，耐蠕變性差，耐磨性差、硬度 低，成型和二次加工困難。
[0003] 對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行改性，現(xiàn)行方法主要有：表面改性、填充改性以及共混改性等來(lái) 提高其綜合性能，其中填充改性較為簡(jiǎn)單、價(jià)格低、效果好。如專(zhuān)利申請(qǐng)103509300A通過(guò)將 80-95份的聚四氟以及與5-20份的超細(xì)高嶺土、0. 01-1的填料以及0. 005-0. 1份的表面活 性劑混合，用于改善材料的抗磨損性能與力學(xué)性能；專(zhuān)利申請(qǐng)CN1687223A中以50-90%的 聚四氟乙烯和余量的硫酸鋇混合，用于改善聚四氟乙烯PTFE的蠕變松弛和冷落的缺陷問(wèn) 題；專(zhuān)利申請(qǐng)CN102627821A中以85-95%的聚四氟乙烯粉料與5-15%的油酸表面改性的納 米F304進(jìn)行混合后模壓、燒結(jié)和冷卻。作為填充劑的，目前常用的還有各種無(wú)機(jī)纖維類(lèi)，如 玻璃纖維、碳纖維、石墨、以及各種陶瓷粉等。
[0004] 但是現(xiàn)有填充改性的聚四氟乙烯密封材料的缺陷還在于聚四氟乙烯含量較高、對(duì) 于填充改性的PTFE密封板材墊片，存在抗蠕變松弛和冷落現(xiàn)象的能力較差，后者密封性能 不夠理想，同時(shí)具備低蠕變松弛和高密封性能的密封墊片很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有低蠕變和高密封性能的填 充改性PTFE密封板材及其制備方法，制備的密封板材具有兼具低蠕變松弛和高密封性能 的優(yōu)點(diǎn)，并可大大延長(zhǎng)材料的使用壽命。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種填充改性PTFE密封板材，由包括以下重量百分比例的原料制成：
[0008] 聚四氟乙烯30-70wt% ;
[0009] 含硅物質(zhì) 10-60wt% ;
[0010] 滑石粉 2-25wt% ;
[0011] 優(yōu)選的，所述聚四氟乙稀為30_60wt%，含娃物質(zhì)為15_60wt%。
[0012] 更優(yōu)選，所述聚四氟乙烯為35-55wt %，含硅物質(zhì)為27-53wt %。
[0013] 優(yōu)選的，所述聚四氟乙烯的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度為2. 15~2. 23,更優(yōu)選為2. 15~2. 20， 所述含娃物質(zhì)的密度不高于3. lg/cm3。
[0014] 采用本發(fā)明的配方，當(dāng)所述聚四氟乙烯含量較低時(shí)，如聚四氟乙烯為30_45wt%， 含娃物質(zhì)為3〇-53wt%，甚至進(jìn)一步所述聚四氟乙稀為3〇-39wt%，含娃物質(zhì)為36-53wt% 時(shí)，仍能獲得優(yōu)良的抗蠕變性能和密封性能以滿足使用要求，同時(shí)還能降低聚四氟乙烯的 使用量，降低成本。
[0015] 優(yōu)選的，所述聚四氟乙烯為粉末狀分散聚四氟乙烯，平均粒徑為350-750 μπι。例 如，可選用旭硝子株式會(huì)社的PTFE細(xì)粉CD-I。
[0016] 本發(fā)明中，滑石粉的加入可進(jìn)一步提高密封板材的密封性。優(yōu)選的，所述滑石 粉的含量為3-18wt %。較佳的，所述滑石粉的形狀為扁平狀或片狀粉體，平均粒徑為 1 μ m-19 μ m ;優(yōu)選平均粒徑為3 μ m-15 μ m。
[0017] 優(yōu)選的，所述含硅物質(zhì)為莫來(lái)石、二氧化硅或高嶺土中的一種或幾種的混合。
[0018] 優(yōu)選的，所述含硅物質(zhì)的平均粒徑為5 μ m-30 μ m。
[0019] 本發(fā)明進(jìn)一步提供所述一種填充改性PTFE密封板材的制備方法，具體包括以下 步驟：
[0020] (1)按配比稱取各原料；
[0021] (2)攪拌混和：將配料中的聚四氟乙烯、含硅物質(zhì)和滑石粉進(jìn)行混合攪拌，攪拌過(guò) 程中加入加工助劑，至形成均勻混合物；
[0022] (3)預(yù)成形：利用擠出機(jī)將上述混合物擠出成形，形成預(yù)成形體；
[0023] (4)軋制：使上述形成的預(yù)成形體通過(guò)軋輥軋制成片材；
[0024] (5)干燥：將上述軋制形成的片材干燥，去除加工助劑；
[0025] (6)燒結(jié)：將干燥后的片材進(jìn)行燒結(jié)即制得所述的填充改性PTFE密封板材。
[0026] 其中，
[0027] 優(yōu)選的，步驟（2)中，所述加工助劑的用量為聚四氟乙烯、含硅物質(zhì)和滑石粉總重 量的 10_25wt%，優(yōu)選為 14_25wt%，更進(jìn)一步為 14_23wt%。
[0028] 優(yōu)選的，所述加工助劑選自分餾溫度在125°C以下的石油烴類(lèi)溶劑，例如?？松?孚的ISOPAR C、Japan Energy Corp.公司的CACTUS SOLVENT R5N等，有利于干燥、燒結(jié)等 后續(xù)工序中溶劑的揮發(fā)。
[0029] 優(yōu)選的，步驟（3)中，所述擠出成形溫度為19-40?;更優(yōu)選在室溫（25°C )下進(jìn)行 擠出成型；即基本控制在軋制工序中的軋輥溫度以下，使加工助劑不揮發(fā)，同時(shí)為使PTFE 細(xì)粉便于成型，擠出成形溫度應(yīng)保持在19°C以上。
[0030] 優(yōu)選的，步驟（4)中，所述軋輥軋制時(shí)，乳輥間距設(shè)定為0. 5~20mm，軋輥表面移動(dòng) 速度為5~50mm/秒，乳輥溫度為40~80 °C。
[0031] 優(yōu)選的，步驟（5)中，干燥的溫度可于常溫下放置進(jìn)行，或在聚四氟乙烯樹(shù)脂的沸 點(diǎn)以下的溫度加熱，藉此除去加工助劑。
[0032] 優(yōu)選的，步驟（6)中，所述燒結(jié)的溫度為345~375°C，優(yōu)選為350~375°C，燒結(jié) 的時(shí)間為〇. 5h-4. 0h，優(yōu)選為I. 5-3. Oh。
[0033] 優(yōu)選的，制備的填充改性PTFE密封板材的厚度為0. 8-4. 0mm。
[0034] 本發(fā)明充分利用PTFE材料所具有的可纖維化和可粘結(jié)性特點(diǎn)，將填充材料莫來(lái) 石、滑石粉和PTFE基材緊密粘合在一起，形成具有低蠕變、高密封性能的PTFE密封板材墊 片。且滑石粉具有滑膩性的特點(diǎn)，還有利于大大提高板材的加工性。其中PTFE基材起到主 密封作用，莫來(lái)石和滑石粉起到改善PTFE蠕變松弛的作用，同時(shí)利用滑石粉的層狀結(jié)構(gòu)且 具有易分裂成鱗片的趨向和特殊的滑潤(rùn)性來(lái)輔助改善密封性能，制備材料主要具有以下優(yōu) 占.
[0035] (1)低蠕變松弛特點(diǎn)：使用大量含硅礦石和滑石粉填充到PTFE材料中，降低了 PTFE在整個(gè)配合組成中的含量，大幅降低蠕變松弛或冷落現(xiàn)象，具有低蠕變松弛特征；以 I. 5mm厚度的試驗(yàn)品為例，在200°C高溫條件下，其應(yīng)力松弛性能較純PTFE墊片提高了 40% 以上，大大延長(zhǎng)了密封墊片的使用壽命。
[0036] (2)優(yōu)異的密封性能：滑石粉層狀結(jié)構(gòu)的表平面之間由很弱的范德華力連接，在 加工過(guò)程中施加一定的剪切力就能將其分層，延展開(kāi)來(lái)形成鱗片結(jié)構(gòu)，使其具有低氣體通 過(guò)率，從而大大提高墊片的密封性能。
[0037] (3)優(yōu)異的耐化學(xué)品性能：適用于酸、堿、油、鹽類(lèi)水溶液、有機(jī)溶劑等流體，具有 良好的耐化學(xué)品性。
[0038] (4)低成本：廉價(jià)無(wú)機(jī)材料（莫來(lái)石、二氧化硅、高嶺土等）、滑石粉在組成配比中 含量高。
[0039] (5)強(qiáng)度良好：拉伸斷裂強(qiáng)度和壓壞強(qiáng)度好，能夠滿足通常工況條件。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1實(shí)施例2制備的一種填充改性PTFE密封板材剖面示意圖
[0041] 附圖標(biāo)記：
[0042] 1、滑石粉；
[0043] 2、纖維化PTFE樹(shù)脂；
[0044] 3、莫來(lái)石。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)理解，本發(fā)明提到的一個(gè)或 多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還存在其他方法步驟或在這些明確提到的步 驟之間還可以插入其他方法步驟；還應(yīng)理解