一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制作方法

文档序号:11124793阅读:1119来源:国知局

本发明属于阀门密封圈领域,具体涉及一种Ti3SiC2填充聚四氟乙烯阀门密封圈及其制备方法与应用。



背景技术:

聚四氟乙烯(PTFE)以其高度的化学稳定性,极强的耐高、低温性能,突出的不粘性,良好的润滑性,优异的电绝缘性、耐老化性,极小的吸水性等,使其在航空航天、石油化工、机械工业、电子电器、食品工业、纺织等领域具有广泛的应用.但也因其存在机械性能较差,线膨胀系数大,耐蠕变性差,耐磨损性差,硬度低,成型和二次加工困难等缺陷,使其应用范围受到一定的限制。为了改善和克服纯PTFE的缺陷,常采用表面改性,填充改性和共混改性等手段来提高其综合性能,其中尤以填充改性最为简单、价格低、效果好而得以普遍采用。然而填料材料会导致聚四氟乙烯的多孔性,并造成变色或污染。

三元层状碳化物Ti3SiC2是Ti-Si-C系列中唯一的真正的三元化合物,属六方晶系。Ti3SiC2既具有金属的优异性能,如在常温时有很好的导热和导电性能,良好的抗热震性和易加工以及高温塑性;同时它又具有陶瓷的优异性能,如高的屈服强度,高熔点,高热稳定性和高温强度高以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。

本发明通过以聚苯酯修饰碳纳米管,再制备Ti3SiC2粉末,最后制备Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。本发明公开的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈具有良好的密封性能,更强的耐渗透性,耐磨损、硬度高、低蠕变、使用寿命长等众多优异性能。



技术实现要素:

本发明的首要目的在于提供一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈,该碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈耐高温、耐腐蚀、使用寿命长。

本发明的另一目的在于提供上述耐磨损、硬度高的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备方法。

一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈,其特征在于,所述阀门密封圈由如下重量份的组分制备而成:聚四氟乙烯100份、碳纳米管5-8份、苯酚8-10份、对甲基苯甲酸8-10份、膨润土1-2份、二苯醚5-8份、钛酸丁酯1-3份、60-70%次氯酸钠20-25份、EDTA 20-25份、氨水40-50份、无水乙醇80-100份、钛粉3-5份、聚碳硅烷4-5份、二甲苯18-20份、二硫化钼1-2份、硅烷偶联剂kh550 1-3份、氯化铵9-10份、尿素30-35份、水30-35份。

一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈,其特征在于,所述阀门密封圈由如下步骤制备而成:

(1)碳纳米管的的活化

A 碳纳米管的氧化改性

先将二硫化钼分散在60-70%次氯酸钠溶液中,再加入碳纳米管搅拌10-12h,抽滤,滤饼放入无水乙醇中超声20-30min,在50-60℃真空干燥20-30h,的到氧化改性的碳纳米管;

B 碳纳米管的活化

将EDTA和氧化改性的碳纳米管分散在氨水中,50-70℃,PH为5-7条件下超声1-3h,静置1-2h,过滤,滤饼浸入在氯化铵、尿素、水的混合液中超声1-3h,静置1-2h,过滤,50-60℃真空干燥20-30h,的到活性碳纳米管;

(2)聚苯酯修饰碳纳米管

将活性碳纳米管、苯酚、对羟基苯甲酸加入二苯醚中超声分散1-3h,在加入催化剂钛酸丁酯,70-90℃酯化8-10h,加入膨润土,超声分散0.5-1h,提高反应温度到180-200℃进行缩聚,缩聚20-30h,得到聚苯酯修饰碳纳米管。

(3)Ti3SiC2粉末的制备

将钛粉和聚碳硅烷混合并溶于有机溶剂,搅拌,混合均匀、烘干;对烘干的粉料低温裂解,温度为800℃-1200℃,保温时间0.5-2h,升温速度2-7℃/min,获得初步反应物;对初步反应物高温处理,温度为1400-1600℃,保温时间0.5-2h,升温速度2-7℃/min;研磨筛分得到Ti3SiC2粉末;

(4)碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备

先将聚苯酯修饰碳纳米管进行球磨,球磨后聚苯酯修饰碳纳米管与聚四氟乙烯树脂、Ti3SiC2粉末混合后,再将硅烷偶联剂kh550喷洒在其中,在40~100℃下干燥,将干燥的混合原料在20~60MPa冷模压成型,加压速率5-10MPa/min并保压1~30min;再将成型的产品进行烧结,冷却至室温,即获得本发明所制备的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。

所述聚四氟乙烯树脂为悬浮聚四氟乙烯树脂,其粒径分布为15~60μm;所述Ti3SiC2粉末、二硫化钼、膨润土的粒径为10~50μm;球磨后聚苯酯修饰碳纳米管的粒径为10-50μm。

相比于其他的聚四氟乙烯阀门密封圈,本发明提供的Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈具有金属的优异性能,耐磨性能好,高的屈服强度,高熔点,高热稳定性和高温强度高以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。

具体实施方式

一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈,由如下重量份的组分制备而成:聚四氟乙烯100份、碳纳米管5份、苯酚8份、对甲基苯甲酸10份、膨润土2份、二苯醚8份、钛酸丁酯2份、60-70%次氯酸钠22份、EDTA 22份、氨水40份、无水乙醇100份、钛粉3份、聚碳硅烷5份、二甲苯20份、二硫化钼1份、硅烷偶联剂kh550 3份、氯化铵9份、尿素30份、水30份。

一种Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈,由如下步骤制备而成:

(1)碳纳米管的的活化

A 碳纳米管的氧化改性

先将二硫化钼分散在70%次氯酸钠溶液中,再加入碳纳米管搅拌10h,抽滤,滤饼放入无水乙醇中超声30min,60℃真空干燥30h,的到氧化改性的碳纳米管;

B 碳纳米管的活化

将EDTA和氧化改性的碳纳米管分散在氨水中,70℃,PH为5条件下超声1-3h,静置2h,过滤,滤饼浸入在氯化铵、尿素、水的混合液中超声1h,静置2h,过滤,60℃真空干燥20h,的到活性碳纳米管;

(2)聚苯酯修饰碳纳米管

将活性碳纳米管、苯酚、对羟基苯甲酸加入二苯醚中超声分散1-3h,在加入催化剂钛酸丁酯,75℃酯化10h,加入膨润土,超声分散1h,提高反应温度到200℃进行缩聚,缩聚30h,得到聚苯酯修饰碳纳米管。

(3)Ti3SiC2粉末的制备

将钛粉和聚碳硅烷混合并溶于有机溶剂,搅拌,混合均匀、烘干;对烘干的粉料低温裂解,温度为1000℃,保温时间2h,升温速度2-7℃/min,获得初步反应物;对初步反应物高温处理,温度为1400℃,保温时间0.5-2h,升温速度5℃/min;研磨筛分得到Ti3SiC2粉末;

(4)碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈的制备

先将聚苯酯修饰碳纳米管进行球磨,球磨后聚苯酯修饰碳纳米管与聚四氟乙烯树脂、Ti3SiC2粉末混合后,再将硅烷偶联剂kh550喷洒在其中,在70℃下干燥,将干燥的混合原料在50MPa冷模压成型,加压速率8MPa/min并保压30min;再将成型的产品进行烧结,冷却至室温,即获得Ti3SiC2填充的碳纳米-聚四氟乙烯阀门密封圈。

经测试:拉升强度27MPa;断裂伸长率210%;冲击强度22.5KJ/m;弯曲强度27MPa;磨耗4.2mm3(负载250N,线速度2m/s,时间3分钟)。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内,可不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

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