一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法、四氟夹包橡胶罐盖密封圈及制备方法技术

本发明专利技术涉及聚四氟乙烯包覆矩形橡胶圈制备技术领域，公开了一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，将聚四氟乙烯塑料置于水中超声处理，取出超声处理后的聚四氟乙烯置于低温等离子场中活化处理，其中，超声频率≥100kHz，超声功率密度≥30W/cm2，超声处理时间≥60min。本发明专利技术通过表面活化提高了聚四氟乙烯的亲水性，将其与矩形橡胶圈包覆后硫化成型，使其能够与矩形橡胶圈粘合在一起，所制备的聚四氟乙烯包覆的矩形橡胶圈具有良好强度、刚性及压缩回弹性、耐腐蚀性、抗冷流性、抗吹出性，可广泛应用于船舶、石油、化工、食品、医药等行业腐蚀性介质或高清洁度要求的罐盖密封。质或高清洁度要求的罐盖密封。

【技术实现步骤摘要】
一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法、四氟夹包橡胶罐盖密封圈及制备方法


[0001]本专利技术涉及聚四氟乙烯包覆矩形橡胶圈制备
，具体涉及一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法、四氟夹包橡胶罐盖密封圈及制备方法。

技术介绍

[0002]机械密封辅助密封圈大多采用橡胶圈或聚四氟乙烯密封圈。常的橡胶圈如丁腈橡胶圈、硅橡胶圈等，富有弹性，但耐化学介质和耐老化性能不足。聚四氟乙烯密封圈有优良的耐化学腐蚀、耐介电、阻燃、耐老化、良好的使用温度范围(
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100℃～+250℃)等优点，但弹性低。自上世纪80年代起，逐渐发展起来聚四氟乙烯包覆的橡胶圈，兼有橡胶圈的弹性和聚四氟乙烯的耐化学介质等优点，在密封领域得到广泛应用。
[0003]常见的聚四氟乙烯包覆的橡胶圈有两种：第一种是机械加工的方法，把聚四氟乙烯薄膜单包或双包在橡胶圈上，这种是最早发展起来的包覆橡胶圈，聚四氟乙烯与橡胶圈为纯粹的包复式组合，两者之间作用力不强，适用于要求不高的场所。第二种则是将聚四氟乙烯薄膜经过特殊工艺处理和橡胶圈硫化在一起，即成为包覆橡胶圈。所谓的特殊工艺处理即对聚四氟乙烯的表面活化，使其能够与橡胶圈粘合在一起，橡胶圈和聚四氟乙烯之间具有粘合力，可满足较高压力及苛刻场合的使用。由于聚四氟乙烯表面能极低，表面润湿性差，很难进行粘结，对聚四氟乙烯进行表面活化的“特殊工艺处理”是获得高性能的第二种聚四氟乙烯包覆橡胶圈的关键。
[0004]目前常用表面处理方法有如下几种：钠萘四氢呋喃溶液腐蚀法、等离子体活化法等，不同的处理方法各具特点，钠萘四氢呋喃溶液腐蚀法的效果最好、成本最低、方便操作。中国专利ZL200610053369.4中公开了采用钠萘四氢呋喃溶液活化聚四氟乙烯，然后贴附橡胶片制备聚四氟乙烯复合弹性体垫片。活化后的聚四氟乙烯表面产生碳化层，这些碳化层既使得聚四氟乙烯更容易粘合，但也使得被粘物容易发黑，长期粘结性降低。等离子体活化法通过放电高能等离子体来优化材料表面的结构，具有特定的环境、成本等优势，因此采用等离子体活化聚四氟乙烯的研究越来越多。但是等离子体活化聚四氟乙烯有两个不足，一是活化后的聚四氟乙烯的亲水性能提升幅度不大，尚无法满足实际应用；另一方面活化后的聚四氟乙烯表面的羟基等自由基容易衰减，使得活化具有时效性，一段时间后聚四氟乙烯的活性消失。因此研究合适的聚四氟乙烯等离子体活化工艺，提高活化程度、延缓活化后的衰减，对于制备聚四氟乙烯薄膜粘合包覆的橡胶圈具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有等离子体活化聚四氟乙烯的效果一般，尚难满足实际应用的特点，本专利技术的目的在于提供一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，通过改进等离子体活化聚四氟乙烯工艺，可以有效降低聚四氟乙烯表面的表面能，提高粘合力，满足橡胶密封圈的包覆需求。
[0006]本专利技术提供如下的技术方案：一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，将聚四氟乙烯塑料置于水中超声处理，取出超声处理后的聚四氟乙烯塑料置于低温等离子场中活化处理，其中，超声频率≥100kHz，超声功率密度≥1W/cm2，超声处理时间≥60min。
[0007]本专利技术的聚四氟乙烯塑料表面活化方法中，将聚四氟乙烯塑料先在水中超声处理。超声处理后的聚四氟乙烯表面发生极化。极化状态本身并不会明显提高聚四氟乙烯的亲水性，但极化使得聚四氟乙烯表面处于能量不稳定状态，专利技术人在研究中将其进一步进行低温等离子体处理，可以促使聚四氟乙烯表面产生较多的自由基以及反应生成功能基团，如羟基、羧基等，可以强化低温等离子体的作用效果，进而使得聚四氟乙烯表面的亲水性得到增强。而这种超声极化对低温等离子场的促进效果需要达到一定的程度后才有意义，要求超声频率≥100kHz，超声功率密度≥1W/cm2，超声处理时间≥60min。
[0008]作为本专利技术方法的优选，超声频率100kHz～800kHz，超声功率密度1W/cm2～5W/cm2，超声时间60～120min。超声的条件也不宜过高，过高一方面操作更为苛刻，另一方面，超出一定强度后，这种促进作用不会进一步的明显增强。
[0009]作为本专利技术方法的优选，低温等离子场活化处理时，低温等离子场的本体真空压力≤3Pa，处理功率为200～300W，处理时间为30～100s，工作气氛压力为15～20Pa。
[0010]作为本专利技术方法的优选，低温等离子场活化处理的工作气氛中含有CO2和双氧水蒸汽，CO2和双氧水蒸汽分压分别为工作气氛压力的20～30％和5～10％。现有的研究表明，不同的工作气氛带来的聚四氟乙烯表面的刻蚀效果是不同的。在尝试使用CO2和双氧水蒸汽后发现，聚四氟乙烯的亲水性和活化效果的时效性均得到增强。可能是因为CO2的羧基化是一个高能反应过程，现有研究中通常需要引入催化剂降低反应势能。而低温等离子体放电过程中会产生大量的高能粒子，如激发态分子、自由基和离子等，为CO2的羧基化提供了反应条件，这样CO2在双氧水蒸汽和工作气氛产生的低温等离子场下，在聚四氟乙烯表面进行羧基化，提高了聚四氟乙烯表面的羧基官能团密度。
[0011]作为本专利技术方法的优选，将聚四氟乙烯塑料在低温等离子场中预处理后，再向工作气氛中引入CO2和双氧水蒸汽。预处理时间为10～40s，优选的为20～40s。低温等离子场处理一段时间后活化效果会达到饱和。而通过预处理使得聚四氟乙烯表面存在一定的自由基以及羟基、羧基等官能团，然后引入CO2和双氧水蒸汽，与部分的自由基、羟基等反应，在预处理的基础上进一步提升处理效果。
[0012]作为本专利技术方法的优选，所述工作气氛为氩气或氦气。
[0013]一种包含上述表面活化方法获得的聚四氟乙烯塑料的四氟夹包橡胶罐盖密封圈，所述四氟夹包橡胶罐盖密封圈包括由表面活化的聚四氟乙烯塑料制成的环形包壳，所述环形包壳设有U型槽状的横截面，U型槽内嵌有矩形橡胶圈，环形包壳贴合矩形橡胶圈的表面涂覆粘结剂，所述环形包壳与矩形橡胶圈一体硫化成型。
[0014]本专利技术的四氟夹包橡胶罐盖密封圈，采用表面活化后的聚四氟乙烯塑料包覆矩形橡胶圈，两者通过粘结剂粘合后一体硫化成型，矩形橡胶圈和聚四氟乙烯之间的粘合力强，四氟夹包橡胶罐盖密封圈的有良好强度、刚性及压缩回弹性，及耐腐蚀性，抗冷流性、抗吹出性，可广泛应用于船舶、石油、化工、食品、医药等行业腐蚀性介质或高清洁度要求的罐盖密封。
[0015]作为本专利技术的优选，所述矩形橡胶圈由如下重量份的各组分制成：三元乙丙橡胶100份，N774炭黑≤80份，N330炭黑≤30份，碳酸钙≤50份，10#环烷油≤30份，氧化锌≤10份，硬脂酸≤6份，EG
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3硫化促进剂≤5份，硫磺≤2份。优选的，三元乙丙橡胶100份，N774炭黑40～80份，N330炭黑10～30份，碳酸钙20～50份，10#环烷油10～30份，氧化锌3～10份，硬脂酸2～6份，EG
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3硫化促进剂2～5份，硫磺1～2份。
[0016]一种四氟夹包橡胶罐盖密封圈的制备方法，包括以下步骤：(1)将表面活化处理的聚四氟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，其特征在于，将聚四氟乙烯塑料置于水中超声处理，取出超声处理后的聚四氟乙烯置于低温等离子场中活化处理，其中，超声频率≥100kHz，超声功率密度≥1W/cm2，超声处理时间≥60min。2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，其特征在于，超声频率100 kHz～800kHz，超声功率密度1W/cm2～5W/cm2，超声时间60～120min。3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，其特征在于，低温等离子场活化处理时，低温等离子场的本体真空压力≤3Pa，处理功率为200～300W，处理时间为30～100s，工作气氛压力为15～20Pa。4.根据权利要求1或3所述的聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，其特征在于，低温等离子场活化处理的工作气氛中含有CO2和双氧水蒸汽，CO2和双氧水蒸汽分压分别为工作气氛压力的20～30%和5～10%。5.根据权利要求4所述的聚四氟乙烯塑料的表面活化方法，其特征在于，将聚四氟乙烯塑料在低温等离子场中预处理后，再向工作气氛中引入CO2和双氧水蒸汽。6.根据权利要求3所述的聚四氟乙烯塑料的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕江，俞江帆，孙利杰，
申请(专利权)人：浙江国泰萧星密封材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：