專利名稱：一種超臨界co2輔助加工的擠出級氟塑料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟塑料，具體講，涉及一種超臨界CO2輔助加工的擠出級氟塑料組合物。
背景技術(shù)：
作為一種特種工程塑料，氟塑料以其優(yōu)異的耐高低溫性能、化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的潤滑性，被廣泛應(yīng)用于國防、航空、航天、石油化工、電子、機械等領(lǐng)域，其主要的品種有:聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基樹脂(PFA)等。PTFE不能用常規(guī)的熱塑性塑料加工方法加工，原因為，其熔體粘度高(IOlOPa.s)為一般熱塑性塑料的100萬倍；剪切敏感:其臨界剪切速率極小，擠出過程中制品易出現(xiàn)竹節(jié)斑、鯊魚皮現(xiàn)象；易收縮易蠕變，在螺桿中易打滑、物料無法向前推進(jìn)。杜小剛等在《超臨界CO2輔助PTFE/PP擠出研究》(2007年11月)中提出利用PP和SC-CO2來提高PTFE的流動性從而實現(xiàn)對PTFE的擠出加工，同時SC-CO2提高了 PTFE、PP二種不相容物質(zhì)的混合特性，但該合金體系由于PP的引入，極大的降低了 PTFE的耐高低溫特性和介電特性，從而使PTFE/PP合金不能應(yīng)用到PTFE的原來高端應(yīng)用領(lǐng)域。全氟烷氧基樹脂(PFA)，又稱四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，其優(yōu)點為:高溫力學(xué)強度比PTFE高兩倍左右，具有較好的熱塑性、可進(jìn)行擠出加工。PFA與PTFE和FEP相似，但在300°C以上時，機械性能略優(yōu)于FEP，且可在高達(dá)500F下的溫度下使用，它的耐化學(xué)品性與PTEF相當(dāng)。PFA的產(chǎn)品形式有用于模塑和擠塑的粒狀產(chǎn)品，用于旋轉(zhuǎn)模塑和涂料的粉狀產(chǎn)品；其半成品有膜、板、棒和管材。但在加工過程中，特別是熔融加工過程中，會產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)而發(fā)生孔泡，從而限制了產(chǎn)品在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，同時價格昂貴，約為PTEF的2 3倍。 因而，目前市場上亟需一種加工工藝簡單，性能優(yōu)良的氟樹脂材料。為此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要發(fā)明目的在于提供一種超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物；本發(fā)明的第二發(fā)明目的在于提供該氟塑料組合物的制備方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為:本發(fā)明提出了一種超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物，其組成為以質(zhì)量百分比計的:PTEF 50 60%、PFA 24 43.5%、褐煤蠟0.5 2.5%、液體石蠟0.5
1.5%、SiO2填料5 10%、超臨界流體CO2 0.5 2%。本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)方案為:該氟塑料組合物的組成為以質(zhì)量百分比計的:PTEF 52 58%、PFA 30 42%、褐煤蠟1.0 2.0%、液體石蠟0.5 1.0%、SiO2填料5 8%、超臨界流體CO2 0.5 1.8%。
本發(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案為:所述的PTEF為粒徑100 300微米的粉體。本發(fā)明還涉及該超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物的制備方法，包括:首先將PTFE粉體和液態(tài)石蠟、褐煤蠟、SiO2粉體在高速攪拌機中高速混合2 3min，再加入PFA低速混合I 2min ;然后加入發(fā)泡專用擠出機的料斗中進(jìn)行擠出加工，同時在CO2注入口按比例注入發(fā)泡劑液態(tài)二氧化碳，并通過對擠出溫度和壓力的控制使CO2在擠出機螺桶中為超臨界態(tài)，由發(fā)泡擠出機充分混合后，從口模擠出發(fā)泡，通過模具定型即可制得所需的型材；這里所說的專用擠出機是指帶5個加熱區(qū)的單螺桿或平行雙螺桿擠出機，在擠出機的輸出端帶有5 8節(jié)的靜態(tài)混合器，提高發(fā)泡材料的泡孔均勻性；在螺桿元件上開有和螺紋方向平行的螺棱，以提高擠出機的自潔性和混合效果，促進(jìn)氟塑料熔體/超臨界二氧化碳均相溶液的形成；同時擠出機的計量段設(shè)計液態(tài)二氧化碳的注入口，注入口用石墨密封圈進(jìn)行密封，注入口的后端為大螺距的螺桿元件，以提高對材料的輸送強度并防止二氧化碳的逃逸。其中，所述的擠出加工為五區(qū)加熱:第一區(qū)溫度:180 200°C，優(yōu)選 185 195°C ；第二區(qū)溫度:250 280°C，優(yōu)選 260 270°C ；第三區(qū)溫度:280 290°C，優(yōu)選280 288°C ；第四區(qū)溫度:280 260°C，優(yōu)選278 268°C ；機頭溫度:220 250°C，優(yōu)選 240 250°C ；螺桿轉(zhuǎn)速:12 25rpm,優(yōu)選18 22rpm。下面對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳述:本發(fā)明旨在利用SC-CO2對氟樹脂的溶解性能優(yōu)異，同時又是氟樹脂優(yōu)良的內(nèi)增塑齊[J的特性，制備得到一種采用超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物。SC-CO2可極大的降低加工溫度，同時促進(jìn)PTFE和PFA的混合效果，從而制得性能優(yōu)異、性價比高的擠出制品，如板、棒、帶等材料，從而可廣泛應(yīng)用于軍工、航天、石油化工、電子及機械等領(lǐng)域。PTFE由于結(jié)構(gòu)方面的原因不能用熱塑性塑料的加工方法進(jìn)行加工。PFA盡管為熱塑性材料，但加工溫度較高(> 3800C )，需要專用的高溫擠出設(shè)備。盡管PFA是熱穩(wěn)定性的樹脂，但在高溫熔融加工時的熱降解是不可避免的，會產(chǎn)生對人體有害的氟化物，同時會引起樹脂變色及樹脂內(nèi)產(chǎn)生氣泡而降低材料的性能。同時，PFA仍然具有氟樹脂的對剪切敏感的特性，擠出加工效率較低。本發(fā)明采用SC-CO2輔助PTFE/PFA擠出加工，一方面可將加工溫度降至300°C以下，采用鑄鋁加熱圈的擠出設(shè)備就可以進(jìn)行擠出加工；同時，由于PTFE/PFA二者粘度相差很大，很難均勻混合，所以SC-CO2的引入極大的降低了體系的粘度，當(dāng)體系形成均相溶液時，使得PTFE和PFA的混合變得非常容易，消除了 PTFE/PFA合金擠出過程中極易產(chǎn)生的彈性湍流(不穩(wěn)定流體)現(xiàn)象，可提高擠出加工時的擠出機轉(zhuǎn)速從而提高加工效率。直接利用PTFE/SC-C02復(fù)合體系雖然可實現(xiàn)對PTFE的擠出加工但要加入大量的助劑，增加了對助劑的脫除處理的工藝，同時該體系仍然存在臨界擠出速率較低，擠出效率低的缺點；ptfe/pfa/sc-co2復(fù)合體系可實現(xiàn)在普通加熱元件的擠出機上對氟塑料的高速擠出加工，同時制得的制品在耐溫性、介電性上和PTFE相同，力學(xué)性能，特別是高溫時的力學(xué)性能有較大的提高，可達(dá)PTFE的1.2 1.5倍。本發(fā)明的有益效果為:1.制備得到的復(fù)合材料的性能良好:拉伸強度22 28MPa;彎曲模量600 900MPa ;連續(xù)使用溫度-196 260°C ;介電常數(shù)2.1 ;動摩擦系數(shù)0.22 ；2.本發(fā)明的配方中所用添加劑的種類少，含量低；3.制備工藝簡單，加工溫度低；4.產(chǎn)品價格低，性價比高，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明的具體實施方式
僅限于對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說明，并不對本發(fā)明的內(nèi)容構(gòu)成限制。
具體實施例方式實施例1 5按照表I所示的重量稱量原料，表1:
權(quán)利要求
1.一種超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物，其特征在于，所述的氟塑料組合物的組成為以質(zhì)量百分比計的: PTEF 50 60%,PFA 24 43.5%、褐煤蠟 0.5 2.5%、液體石蠟 0.5 1.5%,SiO2填料5 10%、超臨界流體CO2 0.5 2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物，其特征在于，所述的氟塑料組合物的組成為以質(zhì)量百分比計的: PTEF 52 58%、PFA 30 42%、褐煤蠟 1.0 2.0%、液體石蠟 0.5 1.0%、5102填料5 8%、超臨界流體CO2 0.5 1.8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物，其特征在于，所述的PTEF為粒徑100 300微米的粉體。
4.權(quán)利要求1所述的超臨界CO2輔助擠出的PTEF/PFA氟塑料組合物的制備方法，其特征在于，所述的方法包括:首先將PTFE粉體和液態(tài)石蠟、褐煤蠟、SiO2粉體在高速攪拌機中高速混合2 3min,再加入PFA低速混合I 2min ;然后加入發(fā)泡專用擠出機的料斗中進(jìn)行擠出加工，同時在CO2入口按比例注入液態(tài)二氧化碳，由發(fā)泡擠出機充分混合后，從口模擠出發(fā)泡，通過模具定型即可制得所需的型材； 所述的專用擠出機為帶5個加熱區(qū)的單螺桿或平行雙螺桿擠出機，在擠出機的輸出端帶有5 8節(jié)的靜態(tài)混合器；在螺桿元件上開有和螺紋方向平行的螺棱；在擠出機的計量段設(shè)置有液態(tài)二氧化碳的注入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述的加工為五區(qū)加熱， 第一區(qū)溫度:180 200°C，優(yōu)選185 195°C ； 第二區(qū)溫度:250 280°C，優(yōu)選260 270°C ； 第三區(qū)溫度:280 290°C，優(yōu)選280 288°C ； 第四區(qū)溫度:280 260°C，優(yōu)選278 268°C ； 機頭溫度:220 250°C，優(yōu)選240 250°C ； 螺桿轉(zhuǎn)速:12 25rpm,優(yōu)選18 22rpm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氟塑料，具體講，涉及一種超臨界CO2輔助加工的擠出級氟塑料組合，其組成為以質(zhì)量百分比計的PTEF 50～60％、PFA 24～43.5％、褐煤蠟0.5～2.5％、液體石蠟0.5～1.5％、SiO2填料5～10％、超臨界流體CO2 0.5～2％。制備得到的復(fù)合材料的性能良好拉伸強度22～28MPa；彎曲模量600～900MPa；連續(xù)使用溫度-196～260℃；介電常數(shù)2.1；動摩擦系數(shù)0.22；所用添加劑的種類少，含量低；制備工藝簡單，加工溫度低；產(chǎn)品價格低，性價比高，用途廣泛。
文檔編號B29C47/62GK103113696SQ20121002847
公開日2013年5月22日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者何順倫, 何自富, 劉瑞 申請人:蕪湖特貝特材料科技有限公司