一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料及其製備方法與流程
2023-11-03 12:38:47
本發明涉及一種聚四氟乙烯複合材料，具體涉及一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料及其製備方法。
背景技術：
聚四氟乙烯材料具有優良的耐蝕性、耐候性、化學穩定性，並且不沾、無毒、無汙染，被稱為塑料之王，是一種較好的密封材料，廣泛應用於國防、航空航天、醫學、石油化工、電子、機械等許多領域的密封裝置上，同時，聚四氟乙烯材料還具有優良的耐輻照性、氚相容性以及對氚的低滲透率性，因此也廣泛應用於含氚系統的密封。以碳納米管作為聚合物的填料可改善材料的物理、力學與摩擦學性能。一般而言，長徑比較大的填料更有利於增強聚合物的力學性能，而長徑比小的填料卻能較大的提高材料的耐磨性並降低摩擦係數。
在任婕的碩士學位論文《泡沫鎳/聚四氟乙烯機械密封面複合材料及摩擦學行為研究》中製備了一種密封複合材料，但是作為閥門密封材料來說，還存在著抗壓能力、抗蠕變能力不佳的問題。
技術實現要素：
基於以上思考，本發明旨在提供一種耐低溫、剪切強度高、抗老化的丁腈橡膠塗料，及其製備方法。
本發明所要解決的技術問題採用以下的技術方案實現：
一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料，其特徵在於，是由以下重量份的原料製成：
碳納米管5-10，聚四氟乙烯乳液25-35，氫氟酸15-25，硝酸15-25，氯化鑭1-2，乙二胺四乙酸2-3，Fe(NO3)3 1-2，Co(NO3)3 1-2，氨水適量，泡沫鎳適量，金剛石3-5，十二烷基三甲基溴化銨5-7，甲烷適量，氬氣適量，氮氣適量，蒸餾水100-150；
所述的氫氟酸質量分數為30-40%；硝酸質量分數為10-20%。聚四氟乙烯乳液的固含量為30-50%。
所述的一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料及其製備方法，其特徵在於，是由以下步驟製成：
a. 將碳納米管球磨10-20分鐘後加入到氫氟酸溶液中浸泡10-15h，過濾、衝洗、烘乾後加入到硝酸溶液中，並加入氯化鑭、乙二胺四乙酸，浸泡3-5h，用蒸溜水清洗至中性，接著在箱式爐中 70-100℃下烘乾 3-5h；
b. 將Fe(NO3)3、Co(NO3)3加入20-25蒸餾水中溶解，再加入步驟a所得碳納米管，先超聲20-40min後再磁力攪拌1-3小時，然後用氨水調溶液的PH至8，保持攪拌20-25h，之後過濾並洗滌、烘乾所得物；
c. 將泡沫鎳裁成合適大小，取步驟b所得物覆蓋在泡沫鎳上，使它能儘量多的接觸到泡沫鎳的邊緣上，放入石英管式爐中，首先通入氬氣，溫度升至620-680℃時通入氮氣，溫度升至700℃以上時通入甲烷氣體，加熱80-120min；
d. 將金剛石、十二烷基三甲基溴化銨加入到聚四氟乙稀乳液中混合攪拌1-2h後，倒入模具中使步驟c所得材料完全浸漬在其中，先在200-250℃下初步固化2-3次，再在260-290℃下保溫2-3h固化成型即可。
所述的一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料及其製備方法，其特徵在於，泡沫鎳大小為（2-6）×（2-6）×（1-2）mm3。
本發明的有益效果：將泡沫鎳這種具有三維形態的材料作為聚合物填料不僅提高了複合材料的力學性能，同時使加入的碳納米管能更為均勻的分布；稀土原子具有特殊的電子層結構和低的電負性，活性強，採用稀土試劑處理碳納米管表面，可以通過稀土與碳的親和作用使碳納米管表面的碳鍵鬆弛，增大其表面的活性，同時，稀土還可以與碳納米管表面的含氧基團以及聚四氟乙烯通過配位反應生成穩定的稀土配合物，改善聚四氟乙烯複合材料的界面粘結性能，從而提高材料的抗壓、抗蠕變性，提高其密封性能。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。
實施例
一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料，其特徵在於，是由以下重量份的原料製成：
碳納米管5-10，聚四氟乙烯乳液25-35，氫氟酸15-25，硝酸15-25，氯化鑭1-2，乙二胺四乙酸2-3，Fe(NO3)3 1-2，Co(NO3)3 1-2，氨水適量，泡沫鎳適量，金剛石3-5，十二烷基三甲基溴化銨5-7，甲烷適量，氬氣適量，氮氣適量，蒸餾水100-150；
所述的氫氟酸質量分數為30-40%；硝酸質量分數為10-20%。聚四氟乙烯乳液的固含量為30-50%。
所述的一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料及其製備方法，其特徵在於，是由以下步驟製成：
a. 將碳納米管球磨10-20分鐘後加入到氫氟酸溶液中浸泡10-15h，過濾、衝洗、烘乾後加入到硝酸溶液中，並加入氯化鑭、乙二胺四乙酸，浸泡3-5h，用蒸溜水清洗至中性，接著在箱式爐中 70-100℃下烘乾 3-5h；
b. 將Fe(NO3)3、Co(NO3)3加入20-25蒸餾水中溶解，再加入步驟a所得碳納米管，先超聲20-40min後再磁力攪拌1-3小時，然後用氨水調溶液的PH至8，保持攪拌20-25h，之後過濾並洗滌、烘乾所得物；
c. 將泡沫鎳裁成合適大小，取步驟b所得物覆蓋在泡沫鎳上，使它能儘量多的接觸到泡沫鎳的邊緣上，放入石英管式爐中，首先通入氬氣，溫度升至620-680℃時通入氮氣，溫度升至700℃以上時通入甲烷氣體，加熱80-120min；
d. 將金剛石、十二烷基三甲基溴化銨加入到聚四氟乙稀乳液中混合攪拌1-2h後，倒入模具中使步驟c所得材料完全浸漬在其中，先在200-250℃下初步固化2-3次，再在260-290℃下保溫2-3h固化成型即可。
所述的一種閥門密封用泡沫鎳增強聚四氟乙烯複合材料及其製備方法，其特徵在於，泡沫鎳大小為（2-6）×（2-6）×（1-2）mm3。
本發明的性能測試數據為：65-75℃區間的蠕變柔量值≤0.00828；壓縮強度≥61.78MPa。