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聚四氟噴涂或包覆橡膠制品提高耐磨、耐腐蝕性能
來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2020-04-29 點(diǎn)擊量:1982
通過(guò)采用各種化學(xué)粘結(jié)、等離子噴涂、離子注入等方法,對(duì)橡膠進(jìn)行處理,皆因過(guò)程復(fù)雜、設(shè)備昂貴、性能不理想, 而得不到廣泛應(yīng)用;即使是二氟化氙(XeF2)表面氟化的表面處理也因需要特殊設(shè)備而無(wú)法進(jìn)入尋常生產(chǎn)廠而同樣得不到廣泛的應(yīng)用。
因此操作簡(jiǎn)單,處理效果好的表面處理是工業(yè)界急需要找尋的工藝方法。氟碳表面改性涂層材料賦予普通橡膠的表面耐磨、防粘、耐腐等特性來(lái)解決這類問題。
一、 普通橡膠普遍存在的問題:
1、耐油問題:橡膠制品在使用過(guò)程如果和油類介質(zhì)長(zhǎng)期接觸,油類能滲透到橡膠內(nèi)部使其產(chǎn)生溶脹,致使橡膠的強(qiáng)度和其他力學(xué)性能降低。油類能使橡膠發(fā)生溶脹,是因?yàn)橛皖悵B入橡膠后,產(chǎn)生了分子相互擴(kuò)散,使硫化膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。橡膠的耐油性,取決于橡膠和油類的極性,橡膠分子中含有極性基團(tuán),如氰基、酯基、羥基、氯原子等,會(huì)使橡膠表現(xiàn)出極性。極性大的橡膠和非極性的石油系油類接觸時(shí),兩者的極性相差較大,此時(shí)橡膠不易溶脹。如丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、氟橡膠、氟硅膠等對(duì)非極性的油類有良好的耐油性。近年來(lái),世界各國(guó)都在大力開發(fā)綜合性能優(yōu)良的耐油橡膠,主要是利用合成階段的改性、多元共聚,加工階段的不同橡膠共混、橡塑并用、添加有用的填充劑等方法來(lái)改善耐油橡膠的綜合性能,已取得了很大的成效。
2、耐磨性問題橡膠的主要用途之一是用作活動(dòng)密封件。由于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速較高,密封制品要承受很大的摩擦扭矩,尤其是在潤(rùn)滑效果不良的情況下,密封區(qū)域的生熱較大,會(huì)導(dǎo)致膠料發(fā)粘或與金屬粘合性能提高,使密封件破壞,進(jìn)而導(dǎo)致密封失效。降低摩擦區(qū)域溫度比較有效的方法之一是在橡膠中加入潤(rùn)滑填料,以降低膠料的摩擦因數(shù)。如二硫化鉬及石墨加入橡膠生產(chǎn)配方中。另外,使用聚四氟乙烯(PTFE),聚四氟乙烯具有優(yōu)良的耐介質(zhì)和耐大氣老化性能,使用范圍廣,有良好的自潤(rùn)滑性能,摩擦因數(shù)很小,將其包覆在橡膠表面可大大減小橡膠制品的表面摩擦因數(shù),提高耐磨性能和耐介質(zhì)性能。但是,聚四氟乙烯的表面能較低,很難與其它材料復(fù)合,
目前研究的聚四氟乙烯包覆方法有如下幾種:輻照接枝法、等離子體活化法、化學(xué)腐蝕法、靜電噴涂法、媒介法,普通O型圈表面包裹聚四氟乙烯。而經(jīng)氟碳橡膠表面改性性處理的過(guò)的橡膠能達(dá)到比聚四氟乙烯更小的表面能。
二、 一般橡膠表面化學(xué)改性的方法及應(yīng)用局限性:表面改性可在不影響橡膠膠基材性能的性況下減小其表面的微觀結(jié)構(gòu)、致密封性、耐磨性。表面改性的方法分為表面化學(xué)改性和物理包覆。表面化學(xué)改性方法有氟化、溴化、碘化和磺化,其中氟化的方法有:XeF2氟化,等離子體活化氟化及離子注入法。用二氟化氙晶體對(duì)橡膠制品進(jìn)行表面氟化已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用;物理包覆方法主要有聚對(duì)亞苯基二甲基薄膜包覆、潤(rùn)滑膜表面涂覆、聚四氟乙烯包覆和其它氟化物包覆。
1、 各種表面化學(xué)改性性方法只是對(duì)橡膠表面進(jìn)行改進(jìn),處理后表面改性層易磨損,使用時(shí)間有限;
2、 各種改性方法只能做為表面處理劑,不能作為配方綜合的提高橡膠綜合性能。
3、 表面改性最理想的氟化需要有專門的設(shè)備,適合批量生產(chǎn),操作相對(duì)復(fù)雜;
4、 表面改性提高性能有限,對(duì)橡膠的表面改性提高程度不一致。
5、 不能形成純氟碳結(jié)構(gòu)的改性層,耐磨、防粘、防腐蝕的效果不一致。目前我們所認(rèn)識(shí)到的表面化學(xué)改性技術(shù),只是簡(jiǎn)單的改性而已,改變的橡膠性能的持久性有限。 眾所周知,聚四氟乙烯具有優(yōu)良的耐介質(zhì)和耐大氣老化性能,使用范圍廣,有良好的自潤(rùn)滑性能,摩擦數(shù)很小,將其包覆在橡膠表面可大大減小橡膠制品的表面摩擦因數(shù),提高耐磨性能和耐介質(zhì)性能。但聚四氟乙烯的表面能較低,很難與其他材料復(fù)合。氟塑料在表面處理中的運(yùn)用最突出的是聚四氟乙烯,因其具有很高的化學(xué)惰性,可以抵抗諸如燃料、油料和潤(rùn)滑劑等任何工業(yè)液體侵蝕的穩(wěn)定性以及足夠高的熱穩(wěn)定性。然而,純粹考慮使用氟塑料聚四氟乙烯作耐磨材料的相當(dāng)少,因?yàn)樗哂欣鋺B(tài)流動(dòng)性。磨損穩(wěn)定性很低。經(jīng)氟碳表面涂層材料處理過(guò)的橡膠完全可以達(dá)到聚四氟乙烯相近的效果。氟碳表面改性涂層,除了具有一般含氟表面活性材料的“三高兩憎”(高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、高化學(xué)惰性、憎水性和憎油性)特點(diǎn)外,還體現(xiàn)出其低表面能、無(wú)固體顆粒、自修復(fù)、提高橡膠表面顯微硬度的作用。氟碳表面改性涂層材料具有極高的表面活性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和憎油、憎水特性,加上不含任何固體物質(zhì),不改變機(jī)械的公差,是該產(chǎn)品能應(yīng)用于空間軌道站的潤(rùn)滑和密封系統(tǒng)的最主要原因。
因此操作簡(jiǎn)單,處理效果好的表面處理是工業(yè)界急需要找尋的工藝方法。氟碳表面改性涂層材料賦予普通橡膠的表面耐磨、防粘、耐腐等特性來(lái)解決這類問題。
一、 普通橡膠普遍存在的問題:
1、耐油問題:橡膠制品在使用過(guò)程如果和油類介質(zhì)長(zhǎng)期接觸,油類能滲透到橡膠內(nèi)部使其產(chǎn)生溶脹,致使橡膠的強(qiáng)度和其他力學(xué)性能降低。油類能使橡膠發(fā)生溶脹,是因?yàn)橛皖悵B入橡膠后,產(chǎn)生了分子相互擴(kuò)散,使硫化膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。橡膠的耐油性,取決于橡膠和油類的極性,橡膠分子中含有極性基團(tuán),如氰基、酯基、羥基、氯原子等,會(huì)使橡膠表現(xiàn)出極性。極性大的橡膠和非極性的石油系油類接觸時(shí),兩者的極性相差較大,此時(shí)橡膠不易溶脹。如丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、氟橡膠、氟硅膠等對(duì)非極性的油類有良好的耐油性。近年來(lái),世界各國(guó)都在大力開發(fā)綜合性能優(yōu)良的耐油橡膠,主要是利用合成階段的改性、多元共聚,加工階段的不同橡膠共混、橡塑并用、添加有用的填充劑等方法來(lái)改善耐油橡膠的綜合性能,已取得了很大的成效。
2、耐磨性問題橡膠的主要用途之一是用作活動(dòng)密封件。由于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速較高,密封制品要承受很大的摩擦扭矩,尤其是在潤(rùn)滑效果不良的情況下,密封區(qū)域的生熱較大,會(huì)導(dǎo)致膠料發(fā)粘或與金屬粘合性能提高,使密封件破壞,進(jìn)而導(dǎo)致密封失效。降低摩擦區(qū)域溫度比較有效的方法之一是在橡膠中加入潤(rùn)滑填料,以降低膠料的摩擦因數(shù)。如二硫化鉬及石墨加入橡膠生產(chǎn)配方中。另外,使用聚四氟乙烯(PTFE),聚四氟乙烯具有優(yōu)良的耐介質(zhì)和耐大氣老化性能,使用范圍廣,有良好的自潤(rùn)滑性能,摩擦因數(shù)很小,將其包覆在橡膠表面可大大減小橡膠制品的表面摩擦因數(shù),提高耐磨性能和耐介質(zhì)性能。但是,聚四氟乙烯的表面能較低,很難與其它材料復(fù)合,
目前研究的聚四氟乙烯包覆方法有如下幾種:輻照接枝法、等離子體活化法、化學(xué)腐蝕法、靜電噴涂法、媒介法,普通O型圈表面包裹聚四氟乙烯。而經(jīng)氟碳橡膠表面改性性處理的過(guò)的橡膠能達(dá)到比聚四氟乙烯更小的表面能。
二、 一般橡膠表面化學(xué)改性的方法及應(yīng)用局限性:表面改性可在不影響橡膠膠基材性能的性況下減小其表面的微觀結(jié)構(gòu)、致密封性、耐磨性。表面改性的方法分為表面化學(xué)改性和物理包覆。表面化學(xué)改性方法有氟化、溴化、碘化和磺化,其中氟化的方法有:XeF2氟化,等離子體活化氟化及離子注入法。用二氟化氙晶體對(duì)橡膠制品進(jìn)行表面氟化已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用;物理包覆方法主要有聚對(duì)亞苯基二甲基薄膜包覆、潤(rùn)滑膜表面涂覆、聚四氟乙烯包覆和其它氟化物包覆。
1、 各種表面化學(xué)改性性方法只是對(duì)橡膠表面進(jìn)行改進(jìn),處理后表面改性層易磨損,使用時(shí)間有限;
2、 各種改性方法只能做為表面處理劑,不能作為配方綜合的提高橡膠綜合性能。
3、 表面改性最理想的氟化需要有專門的設(shè)備,適合批量生產(chǎn),操作相對(duì)復(fù)雜;
4、 表面改性提高性能有限,對(duì)橡膠的表面改性提高程度不一致。
5、 不能形成純氟碳結(jié)構(gòu)的改性層,耐磨、防粘、防腐蝕的效果不一致。目前我們所認(rèn)識(shí)到的表面化學(xué)改性技術(shù),只是簡(jiǎn)單的改性而已,改變的橡膠性能的持久性有限。 眾所周知,聚四氟乙烯具有優(yōu)良的耐介質(zhì)和耐大氣老化性能,使用范圍廣,有良好的自潤(rùn)滑性能,摩擦數(shù)很小,將其包覆在橡膠表面可大大減小橡膠制品的表面摩擦因數(shù),提高耐磨性能和耐介質(zhì)性能。但聚四氟乙烯的表面能較低,很難與其他材料復(fù)合。氟塑料在表面處理中的運(yùn)用最突出的是聚四氟乙烯,因其具有很高的化學(xué)惰性,可以抵抗諸如燃料、油料和潤(rùn)滑劑等任何工業(yè)液體侵蝕的穩(wěn)定性以及足夠高的熱穩(wěn)定性。然而,純粹考慮使用氟塑料聚四氟乙烯作耐磨材料的相當(dāng)少,因?yàn)樗哂欣鋺B(tài)流動(dòng)性。磨損穩(wěn)定性很低。經(jīng)氟碳表面涂層材料處理過(guò)的橡膠完全可以達(dá)到聚四氟乙烯相近的效果。氟碳表面改性涂層,除了具有一般含氟表面活性材料的“三高兩憎”(高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、高化學(xué)惰性、憎水性和憎油性)特點(diǎn)外,還體現(xiàn)出其低表面能、無(wú)固體顆粒、自修復(fù)、提高橡膠表面顯微硬度的作用。氟碳表面改性涂層材料具有極高的表面活性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和憎油、憎水特性,加上不含任何固體物質(zhì),不改變機(jī)械的公差,是該產(chǎn)品能應(yīng)用于空間軌道站的潤(rùn)滑和密封系統(tǒng)的最主要原因。
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