耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料及低泄漏密封環(huán)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料及低泄漏密封環(huán)的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚四氟乙烯（PTFE)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、寬的使用溫度范圍、良好的耐腐蝕性 等優(yōu)良性能廣泛應(yīng)用化工、醫(yī)藥、環(huán)保、核工業(yè)、日用品等行業(yè)。
[0003] 但是，PTFE材料易冷流、抗蠕變松弛性能差、壓縮回彈性差，嚴重制約了其在密封 行業(yè)的應(yīng)用。因此，目前多采用填充改性、膨化改性等方法來改善PTFE材料。利用該方式 制得的PTFE密封材料未能與其他改性材料形成共熔體，填充改性材料依然是單獨以自身 顆粒形態(tài)存在，所制得的PTFE復(fù)合材料物理機械性能較差。PTFE密封產(chǎn)品制造過程為將 PTFE材料或其改性材料進行冷壓成型、高溫燒結(jié)、整形、車削加工的方式。采用該方式所制 得的PTFE密封產(chǎn)品在高溫時力學(xué)性能較差，高溫蠕變大，磨損較大，回彈性能較差，產(chǎn)品尺 寸精度較差、加工周期過長，生產(chǎn)效率低、材料利用低等缺點。
[0004] 熱塑性氟塑料是指采用一般熱塑性塑料的加工設(shè)備即可加工的氟塑料，可采用普 通熱塑性樹脂的成型方法如模壓、傳遞模塑、注塑、擠出、吹塑等。熱塑性含氟聚合物主要有 聚偏氟乙烯（PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE)、聚全氟乙丙烯（FEP)、四氟乙烯和全氟 正丙烯基乙烯基醚共聚物（PFA)、聚偏氟乙烯（PVF)、三氟氯乙烯均聚物及共聚物（PCTFE)。 上述的幾種熱塑性含氟塑料中只有PFA的耐高低溫性能才能與燒結(jié)PTFE相類似，其他熱塑 性材料的耐高低溫性能均相對較窄。PFA與普通PTFE相似。高溫力學(xué)性能是普通PTFE的 2倍，且可采用熱塑成型方式。普通PTFE通過填充改性可有效的提高材料的蠕變、摩擦磨損 性能。PFA基本以純樹脂方式應(yīng)用為主，較少改性PFA復(fù)合材料。未經(jīng)改性的PFA耐高溫蠕 變、摩擦磨損性能遠不如經(jīng)過普通模壓的填充PTFE復(fù)合材料，因此限制了其應(yīng)用。
[0005] CNlO 1864170A公開了聚合物復(fù)合物在應(yīng)用該復(fù)合物的情況下制備的結(jié)構(gòu)件，將包 含全氟熱塑性聚合物材料與至少另一種與所述全氟熱塑性聚合物一起熔融注塑加工，制備 了結(jié)構(gòu)件。該專利中直接將全氟熱塑性聚合物材料與聚合物未經(jīng)熔融造粒的方式直接注射 加工，難以保證材料的均勻性與相融性。同樣的，CN101865212A公開了由含氟熱塑性聚合 物與至少另一種所述的全氟熱塑性聚合物所制備的滑動軸承，也是采取直接注射加工的方 式，并未經(jīng)過熔融擠出造粒技術(shù)，難以解決聚合物間的相融問題。
[0006] 通過填充、復(fù)合改性的技術(shù)是一種提高PFA的耐高溫、摩擦磨損性能的辦法，但是 由于受到材料配合技術(shù)以及高溫加工方式限制，缺乏該項技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料及低泄 漏密封環(huán)的制備方法。
[0008] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是： 一種耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料，由以下按質(zhì)量比計 的成分組成：60~98%的全氟熱塑性樹脂、1~20%的聚醚醚酮、0. 5~10%的碳纖維、 0. 2~5%的PTFE微粉、0. 2~1%的相容劑、0. 1~4%的稀土改性劑。
[0009] 所述的全氟熱塑性樹脂為四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚共聚物，熔點為 300~315 cC 〇
[0010] 所述的聚醚醚酮的最大結(jié)晶度為50%，熔點為343°C。
[0011] 所述的碳纖維為丙烯腈基碳纖維，直徑為7~15 μπι，長徑比為5~10。
[0012] 所述的PTFE微粉的平均粒徑為5 μ m。
[0013] 所述的相容劑為偶聯(lián)劑。
[0014] 所述的稀土改性劑為氧化釤。
[0015] -種耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料的制備方法，步驟為： 將各原料干燥，混勻；置于擠出機中熔融擠出造粒即可。
[0016] 耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料在制備密封環(huán)中的應(yīng)用。
[0017] 含氟熱塑性低泄漏密封環(huán)的制備方法，將粒料置于注射機中注射成型為密封環(huán)即 可。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明制備的密封材料具有良好耐高溫蠕變、低磨損、可熔融注射加工的優(yōu)點，用該材 料制備的密封環(huán)與傳統(tǒng)的模壓聚四氟乙烯密封環(huán)相比，泄漏大大降低，具有較好的應(yīng)用效 果。
【具體實施方式】
[0019] -種耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料，由以下按質(zhì)量比 計的成分組成：60~98%的全氟熱塑性樹脂、1~20%的聚醚醚酮、0. 5~10%的碳纖維、 0. 2~5%的PTFE微粉、0. 2~1%的相容劑、0. 1~4%的稀土改性劑。
[0020] 優(yōu)選的，所述的全氟熱塑性樹脂為四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚共聚物，熔點為 300~315°C ;進一步優(yōu)選的，所述的全氟熱塑性樹脂為四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚共聚物 中，全氟正丙烯基醚含量為1%~5°/皿〇1。
[0021] 優(yōu)選的，所述的聚醚醚酮的最大結(jié)晶度為50%，熔點為343°C。
[0022] 優(yōu)選的，所述的碳纖維為丙烯腈基碳纖維，直徑為7~15 μπι，長徑比為5~10。
[0023] 優(yōu)選的，所述的PTFE微粉的平均粒徑為5 μ m。
[0024] 優(yōu)選的，所述的相容劑為偶聯(lián)劑；進一步優(yōu)選的，為硅烷偶聯(lián)劑；更進一步優(yōu)選 的，所述的硅烷偶聯(lián)劑的通式為： YSiX3;式中，Y為碳官能基(非水解基團)，包括鏈烯基(例如乙烯基)，以及末端帶有Cl、 NH2、SH、環(huán)氧、N3、（甲基)丙烯酰氧基、異氰酸酯基等官能團的烴基；X為可水解基團，包括C1， OMe，OEt，OC2H4OCH3, 0SiMe3, OAc ; 再更進一步優(yōu)選的，所述的硅烷偶聯(lián)劑為γ -氯代丙基三甲氧基硅烷。
[0025] 優(yōu)選的，所述的稀土改性劑為氧化釤。
[0026] 對應(yīng)的，一種耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料的制備方法，步驟 為： 將各原料干燥，混勻；置于擠出機中熔融擠出造粒即可。
[0027] 優(yōu)選的，該制備方法為： (1) 將全氟熱塑性樹脂、聚醚醚酮、碳纖維、PTFE微粉在105~120°C下分別干燥，干燥時 間為3-6小時； (2) 將步驟（1)中干燥好的全氟熱塑性樹脂、聚醚醚酮、碳纖維、PTFE微粉材料按照比 例與相容劑、稀土改性劑一起放入高速混合機混合均勾； (3) 將上步混勻的原料置于雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒即可； 其中，雙螺桿擠出機螺筒各分區(qū)溫度保持在330°C _360°C之間，機頭溫度為360°C。雙 螺桿擠出機的螺桿長徑比為32-40,螺桿轉(zhuǎn)速為400-500轉(zhuǎn)/分鐘。
[0028] 耐高溫蠕變、低磨損可注塑的含氟熱塑性密封材料在制備密封環(huán)中的應(yīng)用；優(yōu)選 的，在制備活塞密封環(huán)中的應(yīng)用。
[0029] 含氟熱塑性低泄漏密封環(huán)的制備方法，將上述擠出造粒的粒料置于注射機中注射 成型為密封環(huán)即可。
[0030] 優(yōu)選的，注射成型工藝條件為： 一區(qū)溫度為：300~310°c，二區(qū)溫度為：310~320°C，三區(qū)溫度為：320~330°C，四區(qū)溫度 為：330~340°C，五區(qū)溫度為：340~350°C，六區(qū)溫度為：350~360°C，七區(qū)溫度為：360~370°C， 八區(qū)溫度為：370~375°C，機頭溫度為：370°C ;停留時間為30~60秒，壓力為8~12MPa。
[0031] 將本發(fā)明的材料用于成型為活塞密封環(huán)后，所制得的活塞密封環(huán)在20MPa，0. 4m/s 的往復(fù)油缸中密封效果良好，工作運行150公里時其泄漏量僅有150毫升，與傳統(tǒng)的模壓聚 四氟乙烯密封環(huán)相比，降低了 75%的泄漏，應(yīng)用效果良好。
[0032] 本發(fā)明中所采用的聚醚醚酮、碳纖維作為填充補強材料，有效的提高含氟熱塑性 材料的硬度、強度、摩擦磨損性能。PTFE微粉能降低含氟熱塑性材料的摩擦系數(shù)，減少摩擦 發(fā)熱，有利于降低磨損。相容劑γ-氯代丙基三甲氧基硅烷和稀土改性劑為氧化釤改善了 含氟熱塑性樹脂的表面親和力，能有效的改良含氟熱塑性樹脂與聚醚醚酮和碳纖維的表面 接觸，通過熔融、擠出造粒的方式，將聚醚醚酮、碳纖維、PTFE微粉與含氟熱塑性樹脂相融， 解決