CN104558976A - 一种氟树脂密封材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟树脂密封材料，所述氟树脂密封垫片包括以下原料组分及重量百分含量：氟树脂29~95%、空心玻璃微珠1~30%、其它填充材料0~70%、加工助剂为固体物料总量的 10~25%，所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的质量之和为基准计。发明中采用这种密封材料由于含有空心玻璃微珠，在板材制造过程中板材结构中会形成空隙，并结合空心玻璃微珠在板材中的高流动性特点，在一定载荷条件下，该板材垫片能够发生较大的压缩形变量。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟树脂密封材料，具体涉及一种空心玻璃微珠填充改性氟树脂密封材料。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的耐化学腐蚀性、耐温性、耐候性等优点，被广泛应用于密封行业。但聚四氟乙烯易发生蠕变或冷流现象，为了改善PTFE冷流现象，最直接、经济的方法是通过加入填充材料来改善PTFE的蠕变性能。如，中国发明专利公开号CN 103435947A公开耐磨损、低蠕变聚四氟乙烯密封材料及制备方法与应用，其主要组分包括聚四氟乙烯树脂、钛铬黄、硫酸钡、二氧化硅、二氧化钛和聚合物，这种聚四氟乙烯密封材料耐磨损、低蠕变、使用寿命长，都能得到适用于垫片材料的氟树脂片材。但这些氟树脂密封板材的压缩率都偏小，在将这些板材用作垫片时，需要在高紧固荷重下才能得到相应的密封效果。若密封部位的法兰表面状况不太理想或施加于垫片上的载荷不足则容易导致泄漏的发生。对于填充改性聚四氟乙烯密封材料而言，特别是填充材料在整个配合组成中含量比重较大时，如何保证该密封材料具有较大的压缩率，在较低紧固荷重小起到密封作用，现有技术中并没有提供相关技术方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空心玻璃微珠填充改性氟树脂密封材料，以克服现有技术中氟树脂密封垫片压缩率小、密封部位的法兰表面状况不太理想或施加于垫片上的载荷不足容易导致泄露的缺陷。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种氟树脂密封材料，所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的质量之和为基准计。
优选地，所述氟树脂的质量百分含量为47～95％。
优选地，所述空心玻璃微珠的质量百分含量为5～30％。
优选地，所述其它填充材料的质量百分含量为0～47％。
更优选地，所述其它填充材料的质量百分含量为1～47％。
更优选地，所述其它填充材料的质量百分含量为15～47％。
优选地，所述加工助剂的质量百分含量为12～25％。
更优选地，所述氟树脂选自聚四氟乙烯。
更优选地，所述聚四氟乙烯为分散聚四氟乙烯，其平均粒径范围为350～750μm。
上述所述分散聚四氟乙烯是聚四氟乙烯的粉状树脂。
优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为2～125μm，真密度为0.15～0.65g/cm3。
优选地，所述空心玻璃微珠的中位粒径D50为35～65μm。
优选地，所述其它填充材料选自二氧化硅、硫酸钡、氧化铝、莫来石和高岭土中的一种或多种。
优选地，所述加工助剂选自分馏温度在125℃以下的石油烃溶剂。分馏温度的下限值没有特别限制，但分馏温度过低，则在轧制工序中加工助剂的挥发过快，因此要求逐渐挥发、出去加工助剂会变得困难。例如埃克森美孚的ISOPAR C、ISOPAR E、和Japan Energy Corp.公司的CACTUS SOLVENT R5N等石脑油系溶剂，其有利于干燥、烧结等后续工序中溶剂的挥发。
本发明还公开了一种氟树脂密封垫片，由包括上述所述氟树脂密封材料制备而成。
本发明还公开了一种如上述所述氟树脂密封垫片的制备方法，包括以下步骤：
1)按照各原料组分的质量百分含量称取，并将空心玻璃微珠、氟树脂和其它填充材料搅拌混合，混合过程中添加加工助剂，形成混合物；
2)利用挤出机将步骤1)中所述混合物挤出成型，形成预成型体；
3)将步骤2)所述预成型体通过轧辊制成片材；
4)将步骤3)所述片材干燥，去除加工助剂；
5)将干燥后的片材进行烧结即制得所述氟树脂密封垫片。
优选地，步骤2)中所述挤出成型温度为19～40℃。
优选地，步骤3)中所述轧辊轧制时，轧辊间距设定为0.5～20mm，轧辊表面移动速度为5～50mm/秒，轧辊温度为40～80℃。
更优选地，在室温下即25℃下挤出成型；即基本控制在轧制工序中的轧制温度以下，使加工助剂不挥发，为了便于成型，保证成型质量，挤出成型的温度应该保持在19℃以上。
优选地，步骤4)中，干燥于常温下放置进行，或在聚四氟乙烯树脂的沸点以下的温度加热，借此除去加工助剂。
更具体地，步骤4)中，干燥于常温下放置或在低于100℃通风干燥炉内进行。
优选地，步骤5)中，所述烧结温度为345～375℃，烧结时间为0.5h～4.0h。
优选地，本发明中公开的氟树脂密封垫片的厚度为0.8～4.0mm。
采用上述方法制备的氟树脂密封材料轻质且软。
采用本发明上述方法制备氟树脂密封垫片时，空心玻璃微珠在加工过程中没有被碾碎。具体如图1所示，由图1中的圆形小球物质看出玻璃微珠在密封材料的加工过程中没有被碾碎。
本发明还公开了如上述所述密封垫片在机械密封领域的应用。
本发明中采用这种密封材料由于含有空心玻璃微珠，在板材制造过程形成的板材结构中会形成空隙，并且空心玻璃微珠在板材中还具有高流动性，这样在一定载荷条件下，具有这种空隙结构和高流动性空心玻璃微珠结构的板材能够发生较大的压缩形变量。本发明中材料的压缩形变量或压缩率是采用JIS R 3453标准进行测试。
进一步地，由于本发明中的密封垫片具有较大的压缩形变量，在较小的载荷面压条件下或与垫片接触的密封部位表面状况不太理想的条件下，能够通过形变更好地弥补垫片与密封部位的空隙，能够表现出更加优异的密封性能；特别地，在低紧固面压条件下，更能表现出其密封性能的优异性。
更进一步地，本发明中的密封材料整体具有轻和软的特点，在采用机械加工形成特定形状的垫片时，使得切割或冲压变得更加容易，减少了对刀片或模具的损害。
总之，采用本发明中氟树脂密封材料具有以下的优点：
1)制成的密封垫片的成本低：由于使用低密度空心玻璃微珠，使得用于填充改性的氟树脂密封材料的比重大幅变小，从而大幅降低成本。
2)制成的密封垫片具有高压缩率和高密封性。
3)氟树脂密封材料的加工性能优异。
本发明中公开的氟树脂密封材料及密封垫片由于具有种种优点而具有创造性。
附图说明
图1为本发明中的密封材料电子显微镜截面图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明以下实施例中所使用的所述空心玻璃微珠的粒径为2～125μm，真密度为0.15～0.65g/cm3；所述空心玻璃微珠的中位粒径D50为35～65μm。
对比例1
本实施例中所述氟树脂密封垫片包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂为型号为ISOPAR C的溶剂。
所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例1
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂为型号为ISOPAR E的溶剂。
所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例2
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂为型号为ISOPAR C的溶剂。
所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例3
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂的型号为ISOPAR C的溶剂。
所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例4
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂为Japan Energy Corp.公司的CACTUS SOLVENT R5N。
所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
对比例2
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂为Japan Energy Corp.公司的CACTUS SOLVENT R5N。
所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
本实施例中的所述其它填充材料为高岭土。
实施例5
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及重量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂为Japan Energy Corp.公司的CACTUS SOLVENT R5N。
本实施例中所述其它填充材料为高岭土。所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例6
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及重量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂的型号为ISOPAR C的溶剂。
本实施例中所述其它填充材料为高岭土。所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
对比例3
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及重量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂的型号为ISOPAR C的溶剂。
本实施例中所述其它填充材料为二氧化硅和莫来石，其中二氧化硅和莫来石的重量份之比为12:33。所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例7
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及重量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
所述加工助剂的型号为ISOPAR C的溶剂。
本实施例中所述其它填充材料为二氧化硅。所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
实施例8
本实施例中所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的总质量之和为基础计。
具体地，本实施例中的加工助剂为埃克森美孚的ISOPAR C。
本实施例中所述其它填充材料为氧化铝。所述氟树脂为分散聚四氟乙烯树脂。
上述实施例和对比例中所述氟树脂密封垫片的制备方法，包括以下步骤：
1)按照原料组分的质量百分含量称取，将空心玻璃微珠、氟树脂和其它填充材料搅拌混合，混合过程中添加加工助剂，形成混合物；
2)利用挤出机将步骤1)中所述混合物挤出成型，形成预成型体；
3)将步骤2)所述预成型体通过轧辊制成片材；
4)将步骤3)所述片材干燥，去除加工助剂；
5)将干燥后的片材进行烧结即制得所述氟树脂密封垫片。
具体地，步骤2)中所述挤出成型温度为25℃。
具体地，步骤3)中所述轧辊轧制时，轧辊间距设定为5mm，轧辊表面移动速度为25mm/秒，轧辊温度为50℃。
具体地，步骤4)中，干燥的温度于常温下放置进行。
具体地，步骤5)中，所述烧结温度为360℃，烧结时间为2.0h。
具体地，本发明实施例中制备的氟树脂密封垫片的厚度为2.0mm。
将上述实施例中的各密封垫片用于密封尺寸为ф89mm×ф49mm的试样，试样表面不涂密封膏或覆薄膜，法兰表面粗糙度Ra＝0.475μm。然后测试密封效果。
其中，测试流体为氮气，通过Din3535标准和方法测试泄流量。测试结果如表所示。
采用JIS R 3453方法或标准测试压缩率，测试结果如表所示。
表1中检出以上——是指垫片泄漏很快、来不及进行测定；检出以下——是指垫片泄漏很小、基本检测不出泄漏量。
注表1中：试样尺寸为ф89mm×ф49mm，试样表面不涂密封膏或覆薄膜，法兰表面粗糙度Ra＝0.475μm。
Claims (10)
1.一种氟树脂密封材料，其特征在于，所述氟树脂密封材料包括以下原料组分及质量百分含量：
所述氟树脂、空心玻璃微珠、其它填充材料和加工助剂的质量百分含量均是以氟树脂、空心玻璃微珠和其它填充材料的质量之和为基准计。
2.如权利要求1所述氟树脂密封材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径为2～125μm，真密度为0.15～0.65g/cm3。
3.如权利要求1所述氟树脂密封材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠的中位粒径D50为35～65μm。
4.如权利要求1所述氟树脂密封材料，其特征在于，所述其它填充材料选自二氧化硅、硫酸钡、氧化铝、莫来石和高岭土中的一种或多种。
5.如权利要求1所述氟树脂密封材料，其特征在于，所述加工助剂选自分馏温度在125℃以下的石油烃溶剂。
6.一种氟树脂密封垫片，由如权利要求1～5任一项所述氟树脂密封材料制备而成。
7.一种如权利要求6所述氟树脂密封垫片的制备方法，包括以下步骤：
1)按照各原料组分质量百分含量称取，并将空心玻璃微珠、氟树脂和其它填充材料搅拌混合，混合过程中添加加工助剂，形成混合物；
2)利用挤出机将步骤1)中所述混合物挤出成型，形成预成型体；
3)将步骤2)所述预成型体通过轧辊制成片材；
4)将步骤3)所述片材干燥，去除加工助剂；
5)将干燥后的片材进行烧结即制得所述氟树脂密封垫片。
8.如权利要求7所述氟树脂密封垫片的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述挤出成型温度为19～40℃。
9.如权利要求7所述氟树脂密封垫片的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述轧辊轧制时，轧辊间距设定为0.5～20mm，轧辊表面移动速度为5～50mm/秒，轧辊温度为40～80℃；所述烧结时的温度为345～375℃，烧结时间为0.5h～4.0h。
10.如权利要求6所述密封垫片或如权利要求7～9任一方法制备的密封垫片在机械密封领域的应用。
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