【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚四氟乙烯改性材料，具体涉及一种高密封低蠕变聚四氟乙烯材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、用来电解水制氢的碱性电解槽中，需要采用垫片来确保电解小室之间、隔膜与极框之间的密封性，随着对密封性能和环保的要求逐渐提高，现有设计中的垫片的材质大多为石棉、石棉改性聚四氟乙烯，但其存在易蠕变松弛、回弹率低、弹性补偿差等缺点，进而导致电解槽容易泄露，实际使用寿命低于设计寿命。
2、例如，中国技术专利公开了一种电解槽用密封垫片及电解槽[申请号：202223189645.3]，该技术包括：垫片主体，所述垫片主体内设有开口，所述垫片主体上设置有流道孔；外圈，固定设置在所述垫片主体的外侧壁；其中，所述垫片主体由氟塑料制成，所述外圈由遇水膨胀橡胶制成。
3、该技术的密封垫片采用氟塑料和橡胶两层材料制成，虽然橡胶具有较高的回弹性，但也存在热老化不良的现象，导致密封垫片无法支撑电解槽15年以上的寿命；并且橡胶和氟塑料无法良好粘结，容易发生脱离风险，进而导致泄露产生。故仍不能较好的解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种具有优异的抗蠕变性能、回弹性好、压缩率低、泄漏率低的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料。
2、本专利技术的另一目的是针对上述问题，提供一种制备具有优异的抗蠕变性能、回弹性好、压缩率低、泄漏率低的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料的制备方法。
3、本专利技术的再一目的是针对上述问题，提供一种应用具有优异的抗蠕变性能
4、为达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
5、一种高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，包括质量份数分别为60-90份聚四氟乙烯、5-20份增强剂、1-10份补强剂和0.06-1.5份表面处理剂。
6、本专利技术在聚四氟乙烯中加入了增强剂和补强剂，其中，增强剂能够形成网络结构，而该网络结构能赋予聚四氟乙烯材料良好的回弹性；补强剂均匀分布在材料内部，在锚定效应作用下，抑制材料内部的界面滑移，能够赋予聚四氟乙烯材料优良的强度；而表面处理剂(其用量占增强剂和补强剂总用量的1-5％)能够提高聚四氟乙烯与增强剂和补强剂之间的粘接性能，最终使本专利技术的聚四氟乙烯材料获得良好抗蠕变性能，延长其使用寿命。
7、在上述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料中，所述的增强剂包括玻璃纤维、碳纤维和陶瓷纤维中的至少一种；
8、作为优选，所述的增强剂的纤维直径为3-20μm，长径比为5-20；作为进一步优选，所述的增强剂的纤维直径为5-10μm，长径比为8-12。
9、在该纤维直径和长径比下，增强剂所形成的网络结构能够提供强有力的支撑，有利于进一步提高聚四氟乙烯材料的回弹性。
10、在上述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料中，所述的补强剂为硅灰石、硫酸钡、碳粉、二氧化硅、二硫化钼和滑石粉的至少一种，所述的补强剂的d90粒径为10-50μm，优选地，所述的补强剂的d90粒径为20-40μm；
11、所述的补强剂的吸油值为30-80g。
12、补强剂的吸油值与其表面积呈正相关，即：吸油值越大，表面积越大；而表面积越大，越有利于阻隔气体和降低蠕变；但吸油值过大会导致材料强度不足，因此本专利技术将补强剂的吸油值上限设置为80g。
13、在上述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料中，所述的表面处理剂包括十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十一氟庚基三乙氧基硅烷和十一氟庚基三甲氧基硅烷中的至少一种。
14、碳原子数量大于6时，表面处理剂亲和力较强，能够有效提高无机物(即补强剂和增强剂)与ptfe的粘结力。
15、所述的聚四氟乙烯的d90粒径为10-100μm，优选地，为40-80μm。如此有利于保障聚四氟乙烯材料与添加剂材料的混合均一性。
16、本专利技术还提供了上述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
17、(1)按预设的重量份，将增强剂和补强剂添加到表面处理剂溶液中，在搅拌过程中调节溶液ph值至4-6，而后过滤，取滤饼、干燥、粉碎、过筛；
18、(2)将过筛后的粉末与聚四氟乙烯混合，造粒，获得所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料。
19、在上述的制备方法中，步骤(2)中的造粒包括以下步骤：将混合好的物料置于350-370℃下烧制1-5h，而后以40-100℃/h的降温速度降至室温，取出后粉碎，50-300目的筛网过筛，优选为100目。
20、上述造粒(烧制)工艺能够维持聚四氟乙烯材料在合适的结晶度(40-60％)，从而赋予材料良好的压制特性，确保晶粒尺寸在后续压制和烧制过程中均匀性，从而保障其低蠕变特性。
21、对上述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料在制备电解槽用密封垫片中的应用，包括以下步骤：
22、将所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料置于模具中，刮匀后先在30-70mpa下压制成垫片坯；而后将垫片坯置于350-380℃下烧制2-6h，而后以5-40℃/h的降温速度降至室温，获得所述的电解槽密封垫片。
23、本专利技术还提供了一种电解槽用密封垫片，该垫片即采用上述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料制成。本专利技术制得的密封垫片不仅抗蠕变值≤30％，压缩率＜10％，回弹率＞70％，尺寸公差小于0.2mm，尺寸稳定性强，密封性好，而且采用的上述制备方法所需时间短，制备效率是普通密封垫片的2-3倍。
24、本专利技术还提供了一种电解槽，该电解槽中即含有上述的电解槽用密封垫片。
25、与现有的技术相比，本专利技术的优点在于：
26、1、本专利技术在聚四氟乙烯中加入了增强剂和补强剂，其中，增强剂能够形成网络结构，而该网络结构能赋予聚四氟乙烯材料良好的回弹性；补强剂均匀分布在材料内部，在锚定效应作用下，可以有效抑制材料内部的界面滑移，能够赋予聚四氟乙烯材料优良的强度；而表面处理剂能够提高聚四氟乙烯与增强剂和补强剂之间的粘接性能，提高本专利技术的聚四氟乙烯材料的抗蠕变性能，延长其使用寿命。
27、2、本专利技术选用的补强剂的吸油值为30-80g；补强剂的吸油值与其表面积呈正相关，即：吸油值越大，表面积越大；而表面积越大，越有利于阻隔气体和降低蠕变；但吸油值过大会导致材料强度不足，因此本专利技术将补强剂的吸油值上限设置为80g。
28、3、本专利技术中的表面处理剂的碳原子数量均大于6，碳原子数量大于6时，表面处理剂亲和力较强，能够有效提高无机物(即补强剂和增强剂)与ptfe的粘结力。
29、4、本专利技术制得的密封垫片不仅抗蠕变值≤30％，压缩率＜10％，回弹率＞70％，尺寸公差小于0.2mm，尺寸稳定性强，密封性好(泄漏率低)，而且采用的上述制备方法所需时间短，制备效率是普通密封垫片的2-3倍。
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1.一种高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：包括质量份数分别为60-90份聚四氟乙烯、5-20份增强剂、1-10份补强剂和0.06-1.5份表面处理剂。
2.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的增强剂包括玻璃纤维、碳纤维和陶瓷纤维中的至少一种；
3.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的补强剂为硅灰石、硫酸钡、碳粉、二氧化硅、二硫化钼和滑石粉的至少一种，所述的补强剂的D90粒径为10-50μm；
4.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的表面处理剂包括十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十一氟庚基三乙氧基硅烷和十一氟庚基三甲氧基硅烷中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的增强剂的纤维直径为5-10μm，长径比为8-12；
6.如权利要求1-5中任意一项所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的制备
8.如权利要求1-5中任意一项所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料在制备电解槽用密封垫片中的应用，其特征在于：包括以下步骤：
9.一种电解槽用密封垫片，其特征在于：采用如权利要求1-5中任意一项所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料制成。
10.一种电解槽，其特征在于：含有如权利要求9所述的电解槽用密封垫片。
...【技术特征摘要】
1.一种高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：包括质量份数分别为60-90份聚四氟乙烯、5-20份增强剂、1-10份补强剂和0.06-1.5份表面处理剂。
2.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的增强剂包括玻璃纤维、碳纤维和陶瓷纤维中的至少一种；
3.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的补强剂为硅灰石、硫酸钡、碳粉、二氧化硅、二硫化钼和滑石粉的至少一种，所述的补强剂的d90粒径为10-50μm；
4.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚四氟乙烯材料，其特征在于：所述的表面处理剂包括十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十一氟庚基三乙氧基硅烷和十一氟庚基三甲氧基硅烷中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高密封低蠕变聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹厚宝，邓赛明，陈伟栋，
申请(专利权)人：浙江科赛新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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