专利名称：高分子合成材料表面氟化改性方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子合成材料表面氟化改性方法。
高分子合成材料进行表面氟化改性处理后，可改善其各种性能。目前表面氟化改性处理的方法有辐射接枝法、等离子体活化法、化学腐蚀法、静电喷涂法等，其氟化改性的效果一般较差，如静电喷涂法，其在橡胶表层生成的膜是通过分子间作用力结合的，膜附着的牢固性较差。现有技术的共同缺点是①设备结构复杂，投资较多，维修费用高，从而使成本较高；②工艺复杂，技术难于掌握，对操作人员技术水平要求高，且操作较困难。采用氟气直接反应的技术亦存在较多缺点，因为氟气原料虽然容易得到，且价格低廉，但氟气的运输、贮存不方便，安全性较差，更为严重的是氟气与橡胶等高分子材料反应猛烈，处理反应较难控制。
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种设备及工艺简单，易于掌握，投资少，反应温和，易于控制，可改善、提高高分子材料诸多性能，改性处理效果佳的高分子合成材料表面氟化改性方法。
本发明的目的可通过以下措施来达到一种高分子合成材料表面氟化改性方法，其特殊之处在于，它的步骤是1)选取反应器，称取氟化剂；①根据要处理的高分子合成材料制品的体积、形状，选取反应器；②根据氟化剂质量与待处理高分子合成材料制品表面积之比1g∶0.05～1m2及要求的氟化剂膜厚度，称取氟化剂晶体；③把高分子合成材料制品放入反应器中，再把氟化剂放入，将反应器盖紧密封；2)通过与反应器连通的真空泵系统对反应器抽真空；3)通过设于反应器外部的电热丝对反应器加热，通过设于反应器内部及外壁上的热电偶测量反应器温度，反应器内部温度控制在30～80℃；4)当反应器外壁与内部温度平衡时，开始计算氟化反应时间，反应时间可为1～8小时；5)反应时间到，取出高分子材料制品。
本发明的氟化剂以采用XeF2为最佳。
本发明反应器内的真空度应小于-0.09MPa。
本发明反应器内的反应温度以60～80℃为最佳。
本发明的氟化反应时间以2～4小时为宜。
本发明的反应器可采用旋转式反应器。
附面说明如下
图1为本发明反应器的温控系统图。
图2为氟化丁腈橡胶的介质试验结果图。
图3为用Ar+刻蚀作深度剖析的XPS电子能谱图。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步详述参见图1，本发明的反应器3外部设有加热用电热丝4，热电耦2和5分别设于反应器3的内部和外壁上，抽真空系统1通过管道与反应器3连通，热电耦2和5分别与数显仪7和6相接。反应器3应放置于通风厨中。
本发明的实施步骤是1、①首先根据要处理的高分子合成材料制品的体积、形状等，选取反应器。反应器可采用不锈钢材料加工制作成圆柱状或椭圆柱状。反应器可设置旋转轴，形成旋转式反应器。
②根据氟化剂质量与待处理高分子合成材料制品表面积之比1g∶1m2，称取所需氟化剂晶体。氟化剂以采用XeF2为最佳，亦可采用KrF2等。
③把高分子合成材料制品，如丁腈橡胶材料的密封圈、油封等制品放入反应器中，再把氟化剂放入，将反应器盖紧、密封。为使高分子材料制品与氟化剂充分、均匀接触，可使反应器以较慢的转速旋转。
2、因为氧气在反应器中可以和高分子合成材料发生化学反应，从而影响产品处理性能，所以，要把反应器中原有的空气、包括氧气和水蒸气抽出。真空泵通过铜管、不锈钢管或镍管等与反应器连通，构成抽真空系统。真空度要求越高越好，一般在-0.09MPa以下即可。
3、通过反应器外部的电热丝对反应器加热，使氟化剂晶体转变为氟化剂蒸气，然后与高分子合成材料表面的高分子链发生反应。①使反应器内部温度控制在所需要的范围内，以丁腈橡胶为例，其温度要求在60～80℃之间较好。最佳温度可据高分子合成材料的组成特点和要求达到的性能指标确定。通过热电耦可测知反应外壁温度，通过热电耦可测得反应器内部的温度。
②加热反应时间可为1～8小时，以2～4小时为宜。处理时间越长，高分子合成材料制品表层的氟化剂膜越厚。当反应器外壁与内部温度平衡时，开始计算氟化反应时间。
4、反应时间到，从反应器中取出处理好的高分子合成材料制品即可。
本发明的高分子合成材料可以是丁腈橡胶、乙丙橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。
图2是在室温21℃，1#标准油，100℃×24小时条件下氟化丁腈橡胶的介质试验结果图。未氟化的丁腈橡胶在同样条件下介质试验结果为重量变化率-7.4％，体积变化率-8.2％。图2表明氟化时间确定时，随氟化反应温度的增高，丁腈橡胶耐介质性能增强，当氟化反应至8小时之间，随氟化时间延长，丁腈橡胶耐介质性能没有明显的变化。
图3是用Ar+刻蚀作深度剖析的XPS电子能谱图，是由中国科技大学结构分析中心测试的，测量仪器是英国VG公司ESCALAB MK II型电子能谱仪，以MgKαX射线作激发源(Ex能量1253.6ec)，仪器的功能率12KV×20mA，分析器透过能20ev。深度剖析用Ar+刻蚀，真空度3×10-6mbar，加速电压2.5KV，电流40μA。从电子能谱图上可以看出，未刻蚀时作全谱扫描显示在686ev处有F1s峰，表明元素氟的存在。在分别刻蚀12.5min(500A)、25min(1000A)、37.5min(1500A)、50min(2000A)和75min(3000A)时，依然能从全谱扫描中看出686ev处较强的F1s峰，表明氟元素渗入丁腈橡胶较深的部位。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、反应温和，易于控制。
2、氟元素能渗入高分子合成材料较深部位，且在其表面生成一层较厚的含氟膜，从而能使高分子材料的摩擦系数降低较大，提高耐摩擦损耗的能力，增强高分子材料的耐介质性能。
3、氟化处理的高分子材料，其表面颗粒细致、均匀、平整。
4、由于在高分子材料表面所生成的含氟膜是通过化学键相结合的，所以含氟膜的附着牢固性较好。
5、工艺简单，操作简便，易于掌握，对操作人员要求低。
6、设备简单，投资少，维修费用低，生产成本低。
权利要求
1.一种高分子合成材料表面氟化改性方法，其特征在于它的步骤是1)选取反应器，称取氟化剂①根据要处理的高分子材料制品的体积、形状，选取反应器；②根据氟化剂质量与待处理高分子材料制品表面积之比1g∶0.05～1m2及要求的氟化剂膜厚度，称取氟化剂晶体；③把高分子材料制品放入反应器中，再把氟化剂放入，将反应器盖紧密封；2)通过与反应器连通的真空泵系统对反应器抽真空；3)通过设于反应器外部的电热丝对反应器加热，通过设于反应器内部及外壁上的热电偶测量反应器温度，反应器内部温度控制在30～80℃；4)当反应器外壁与内部温度平衡时、开始计算氟化反应时间，反应时间可为1～8小时；5)反应时间到，取出高分子材料制品。
2.如权利要求1所述的高分子合成材料表面氟化改性方法，其特征在于；所述氟化剂为XeF2。
3.如权利要求1所述的高分子合成材料表面氟化改性方法，其特征在于所述反应器内的真空度小于-0.09MPa。
4.如权利要求1所述的高分子合成材料表面氟化改性方法，其特征在于所述反应器内的反应温度为60～80℃。
5.如权利要求1所述的高分子合成材料表面氟化改性方法，其特征在于所述氟化反应时间为2～4小时。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的高分子合成材料表面氟化改性方法，其特征在于所述反应器为旋转式反应器。
全文摘要
一种高分子合成材料表面氟化改性方法,其将氟化剂放入预先放置了高分子材料制品的反应器内,抽真空后加热,至反应器内、外温度一致开始计时,反应时间到,取出高分子材料制品即可。采用本发明的方法可在高分子材料表面生成一层较厚的含氟膜,可较大地降低高分子材料的摩擦系数,提高其耐摩擦损耗能力及耐介质性能。采用本方法设备简单,反应温和,易于控制。
文档编号C08J7/12GK1197812SQ9710847
公开日1998年11月4日 申请日期1997年4月29日 优先权日1997年4月29日
发明者王斌, 王德贵, 陆兆达 申请人:西北核技术研究所, 王德贵