Гранулированный порошок из политетрафторэтилена, содержащего наполнитель (варианты), и способ его получения - RU2182912C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Область техники
Данное изобретение относится к содержащему наполнитель гранулированному порошку политетрафторэтилена и способу его получения.

Уровень техники
До настоящего времени предлагался способ получения содержащего наполнитель гранулированного порошка политетрафторэтилена (ПТФЭ) путем гранулирования смеси наполнителя и порошка ПТФЭ при перемешивании в воде, например в JP-B-22619/1969, JP-B-37576/1973, JP-B-17855/1974, JP-B-8044/-1981, JP-B-18730/1982, JP-B-8611/1968 и т.д.

Однако способом получения, раскрытым в каждой из выше упомянутых патентных публикаций, не мог быть получен содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, имеющий малый размер частиц и узкое распределение частиц по размерам.

По этой причине в случае получения, например, небольших изделий, таких как уплотнительные кольца в форме резиновой полосы, тонкие молдинги и формованные изделия, имеющие малую шероховатость поверхности, существовала такая проблема, как необходимость использования сложных и неэкономных стадий, типа стадии просеивания содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ, чтобы получать только частицы небольшого размера, и их формования, или стадии разрезания полученного формованного изделия.

Гранулированный порошок, имеющий превосходную текучесть порошка, также не может быть получен только путем измельчения распылением содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ.

В JP-B-21694/1985 был предложен способ получения содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ путем гранулирования при перемешивании в воде, при этом порошок ПТФЭ и наполнитель были предварительно поверхностно обработаны соединением аминосилана совместно с водонерастворимой органической жидкостью и анионогенным поверхностно-активным веществом. Однако кажущаяся плотность содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ и предел прочности при растяжении формованных изделий, полученных этим методом, не удовлетворяет полностью.

Авторами настоящего изобретения проведены интенсивные исследования по вышеупомянутым проблемам, и в результате установлено, что эти задачи могут быть решены путем гранулирования смеси порошка ПТФЭ и наполнителя в присутствии органической жидкости, которая образует жидкую межфазную поверхность раздела с водой, и неионогенного поверхностно-активного вещества при перемешивании в воде.

Целью данного изобретения является создание содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ, имеющего хорошую обрабатываемость, и способа его получения. Особенно, целью данного изобретения является предоставление содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ с большой кажущейся плотностью, малым средним размером частиц, узким распределением частиц по размерам и хорошими физическими свойствами, такими как текучесть порошка, который дает формованные изделия, обладающие превосходными физическими свойствами, как, например, растяжимость и гладкость поверхности, и способа его получения.

Описание изобретения
Данное изобретение относится к способу получения содержащего наполнитель гранулированного порошка политетрафторэтилена (ПТФЭ), отличающегося тем, что смесь порошка политетрафторэтилена (ПТФЭ) и наполнителя гранулируется при перемешивании в воде в присутствии органической жидкости, образующей жидкую межфазную поверхность раздела с водой, и неионогенного поверхностно-активного вещества.

Вышеупомянутым способом получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, имеющий кажущуюся плотность не меньше 0,6 г/см³.

Данное изобретение также относится к содержащему наполнитель гранулированному порошку ПТФЭ, в котором при кажущейся плотности (d), составляющей 0,6 ≤ d ≤ 0,9; 0,9 ≤ d ≤ 1,0 и 1,0 ≤ d, угол трения составляет не более 40^o, не более 38^o и не более 36^o соответственно, а средний размер частиц не больше 500 мкм.

Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема устройства, используемого для определения текучести гранулированного порошка в данном изобретении.

Фиг. 2 - фотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение: х200), показывающая структуру частиц в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, который получен по данному изобретению в примере 2.

Фиг. 3 - фотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение: х100), демонстрирующая структуру частиц в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, который получен по данному изобретению в примере 2.

Фиг. 4 - фотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение: х200), показывающая структуру частиц в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, который получен по данному изобретению в примере 6.

Фиг. 5 - фотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение: х100), показывающая структуру частиц в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, который получен в примере 1 для сравнения.

Фиг. 6 - фотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение: х200), показывающая структуру частиц в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, который получен в примере 2 для сравнения.

Предпочтительные варианты реализации изобретения
Порошок ПТФЭ, используемый в данном изобретении, получают обычной суспензионной полимеризацией, и предпочтительным, например, является порошок, содержащий гомополимер тетрафторэтилена (ТФЭ) или сополимер ТФЭ и мономера, сополимеризующегося с ТФЭ. Средний размер частиц после измельчения составляет не более 200 мкм, предпочтительно не более 50 мкм, и его нижний предел определяется устройством для измельчения в порошок и методикой измельчения.

В качестве мономера, сополимеризующегося с ТФЭ, используется, например, перфторвиниловый эфир, представленный формулой (I):
CF₂=CF-OR_f (I)
где R_f является перфторалкильной группой с 1-10 атомами углерода, перфтор(алкоксиалкильной) группой, имеющей от 4 до 9 атомов углерода, органической группой, представленной формулой (II):

Число атомов углерода вышеуказанной перфторалкильной группы составляет от 1 до 10, предпочтительно от 1 до 5. Когда число атомов углерода находится в пределах вышеуказанного диапазона, может быть получено превосходное сопротивление ползучести при сохранении свойства неспособности к формованию из расплава.

В качестве вышеуказанной перфторалкильной группы используют, например, перфторметильную, перфторэтильную, перфторпропильную, перфторбутильную, перфторпентильную, перфторгексильную и т.п. группы. С точки зрения сопротивления ползучести и стоимости мономера перфторпропильная группа предпочтительнее.

Когда соотношение мономера, сополимеризующегося с ТФЭ, находится в пределах диапазона от 1,0 до 0,001 моль.%, может быть получено превосходное сопротивление ползучести.

В данном изобретении используют частицы, полученные измельчением вышеупомянутого порошка ПТФЭ до среднего размера частиц не более 200 мкм, предпочтительно не более 50 мкм, например, в присутствии воды или в сухих условиях, посредством измельчающего механизма типа молотковой дробилки, дробилки, оборудованной ротором, имеющим лопасти, пневматической дробилки или ударной мельницы.

Использование таких частиц со средним размером в вышеупомянутом диапазоне приводит к тому, что в результате гранулированный порошок, полученный путем грануляции, легко обрабатывается, то есть имеет хорошую текучесть порошка и превосходную кажущуюся плотность, и, кроме того, полученные формованные изделия обладают хорошими физическими свойствами.

В данном изобретении в том случае, когда используют гидрофильный наполнитель, имеется тот недостаток, что этот наполнитель легко перемещается в жидкую фазу благодаря своей гидрофильности, и из-за этого с трудом смешивается до состояния гомогенности с порошком ПТФЭ, а это значит, что не может быть получен агломерированный порошок, в котором весь использованный наполнитель смешан с порошком ПТФЭ, и часть наполнителя остается в воде для обработки. Это явление так называемого выделения наполнителя.

Чтобы справиться с этой проблемой, используют метод предварительной обработки поверхности гидрофильного наполнителя для того, чтобы сделать его гидрофобным и тем самым понизить его поверхностную активность, приближая к поверхностной активности порошка ПТФЭ, а затем перемешивают в воде, или используют метод добавления соединения, имеющего в водной среде такую функцию, и затем перемешивают.

В качестве соединения, известного как соединение, которое используют для вышеупомянутой обработки поверхности, имеется (а) функциональный аминосодержащий силан, фенилсодержащий силан и/или растворимый силикон (JP-A-548/1976, JP-А-549/1976, JP-A-218534/1992), (б) одноосновная карбоновая кислота углеводорода, имеющего от 12 до 20 атомов углерода (JP-B-37576/1973), (в) комплексное соединение хрома и алифатической карбоновой кислоты JP-B-37576/1973), (г) силикон (JP-A-139660/1978), и т.д., и (д) также известен метод нанесения покрытия на гидрофильный наполнитель из ПТФЭ (JP-A-121417/1976).

Наполнитель, обладающий водоотталкивающими свойствами, используют в том виде, как он есть.

Примерами вышеупомянутого наполнителя, являются, например, один или несколько видов металлических волокон или металлических порошков, таких как стекловолокно, графитовый порошок, бронзовый порошок, порошок золота, порошок серебра, медный порошок, порошок нержавеющей стали, волокно из нержавеющей стали, никелевый порошок и никелевые волокна; неорганические волокна или неорганические порошки типа порошка дисульфида молибдена, порошка фторированной слюды, коксового порошка, углеродного волокна, порошка нитрида бора или углеродной сажи; органические порошки, такие как порошок термостойкой ароматической смолы, например полиоксибензоилполиэфира, порошок полиимида, порошок сополимера тетрафторэтилена и перфторалкилвинилового эфира (ПФА) и порошок полифениленсульфида; и т.п. Наполнитель не ограничен этим рядом.

В случае, где используются два или больше наполнителей, предпочтительна композиция, например, стекловолокна и графитового порошка, стекловолокна и порошка дисульфида молибдена, бронзового порошка и порошка дисульфида молибдена, бронзового порошка и углеродного волокна, графитового порошка и порошка кокса, графитового порошка и порошка термостойкой ароматической смолы, углеродного волокна и порошка термостойкой ароматической смолы или подобные. Используют либо влажный, либо сухой способ смешивания.

Предпочтительно вышеупомянутый наполнитель имеет средний размер частиц от 10 до 1000 мкм в случае порошка и среднюю длину волокна от 10 до 1000 мкм в случае волокна.

Примерами вышеупомянутого соединения, которое используют для обработки поверхности гидрофильного наполнителя, являются, например, аминосилановые аппреты, такие как γ-аминопропилтриэтоксисилан (Н₂N(СН₂)₃Si(ОС₂Н₅)₃), мета- или пара-аминофенилтриэтоксисилан (H₂N-C₆H₄-Si(ОС₂Н₅)₃), γ-уреидопропилтриэтиоксисилан (H₂NCONH (СН₂)₃Si(OC₂H₅)₃), N-(β-аминоэтил)-γ-аминопропилтриметоксисилан (H₂N (СН₂)₂NH(CH₂)₃Si-(ОСН₃)₃) и N-(β-аминоэтил-γ-аминопропилметилдиметоксисилан (Н₂N(СН₂)₂NH-(СН₂)₃SiСН₃(ОСН₃)₂), и т.п. Кроме этих соединений имеются, например, соединения органосилана, такие как фенилтриметоксисилан, фенилтриэтиоксисилан, парахлорфенилтриметоксисилан, парабромометилфенилтриметоксисилан, дифенилдиметоксисилан, дифенилдиэтоксисилан и дифенилсиландиол.

Чтобы получить смесь порошка ПТФЭ и наполнителя, которая используется в данном изобретении, наполнитель может быть смешан гомогенно с порошком ПТФЭ, имеющим размер частиц не больше 200 мкм, посредством смесителя-измельчителя, импульсного смесителя, мешалки или пластикатора. Предпочтительно, чтобы соотношение составляло 2,5 к 100 частям (здесь и в дальнейшем части весовые): 2,5 части наполнителя на 100 частей порошка ПТФЭ.

Органическая жидкость, образующая жидкую межфазную поверхность раздела с водой, которая используется в данном изобретении, может быть органической жидкостью, способной к образованию жидкой межфазной поверхности раздела с водой и существующей в воде в виде капель, или может быть органической жидкостью, которая растворяется в воде неполностью, что приводит к формированию капелек в воде и образованию жидкой межфазной поверхности раздела с водой. Примерами могут быть, например, спирты типа 1-бутанола и 1-пентанола; простые эфиры типа диэтилового эфира и дипропилового эфира; кетоны типа метилэтилкетона и 2-пентанона; алифатические углеводороды типа пентана и додекана; ароматические углеводороды типа бензола, толуола и ксилола; галогенированные углеводороды типа метиленхлорида, тетрахлорэтилена, трихлорэтилена, хлороформа, хлорбензола, трихлорэтана, монофтортрихлорметана, дифтортетрахлорэтана; 1,1,1-трихлорэтана; 1,1-дихлор-2,2,3,3,3-пентафторпропана; 1,3-дихлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана; 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтана и 1,1-дихлор-1-фторэтана; и т.п. Среди них галогенированные углеводороды являются предпочтительными, и особенно предпочтительны хлорированные и фторхлорированные углеводороды, такие как 1,1,1-трихлорэтан; 1,1-дихлор-2,2,3,3, 3-пентафторпропан; 1,3-дихлор-1,1,2,2,3-пентафторпропан; 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтан и 1,1-дихлор-1-фторэтан. Эти соединения являются горючими веществами и удовлетворяют требованиям ограничений на фреоны. Эти органические жидкости могут использоваться по отдельности или в комбинации двух или более из перечисленных.

Количество вышеупомянутой органической жидкости, формирующей жидкую межфазную поверхность раздела, составляет от 30 до 80% (здесь и в дальнейшем мас.%), предпочтительно от 40 до 60% от общего количества ПТФЭ порошка и наполнителя.

В данном изобретении грануляция порошка ПТФЭ и наполнителя проходит, очевидно, в капельках вышеупомянутой органической жидкости, формирующей жидкую межфазную поверхность раздела, и так как капельки жидкости становятся меньше и больше приближаются к сферической форме благодаря действию неионогенного поверхностно-активного вещества, можно получить частицы, имеющие меньший размер и форму, близкую к сферической, и в результате кажущаяся плотность гранулированного порошка увеличивается. Примерами вышеупомянутого неионогенного поверхностно-активного вещества являются, например, полиоксиэтиламинооксиды, алкиламинооксиды, простые полиоксиэтиленалкиловые эфиры, простые полиоксиэтиленалкилфениловые эфиры, полиоксиэтиленовые эфиры жирных кислот, сорбитановые эфиры жирных кислот, полиоксиэтиленсорбитановые эфиры жирных кислот, глицериновые сложные эфиры, полиоксиэтиленалкиламины, их производные и т.п.

В особенности, примерами полиоксиэтиламинооксидов являются диметилоксиэтиламинооксид и т.п.

Примерами алкиламинооксидов являются диметиллауриламинооксид, диметилолеиламинооксид и т.п.

Примерами простых полиоксиэтиленалкиловых эфиров являются простой полиоксиэтиленлауриловый эфир, простой полиоксиэтиленцетиловый эфир, простой полиоксиэтиленстеариловый эфир, простой полиоксиэтиленолеиловый эфир, простой полиоксиэтиленбегениловый эфир и т.п.

Примерами простых полиоксиэтиленалкилфениловых эфиров являются полиоксиэтиленнонилфениловый эфир, полиоксиэтиленоктилфениловый эфир и т.п.

Примерами полиоксиэтиленовых эфиров жирных кислот являются полиоксиэтиленовый моноэфир лауриновой кислоты, полиоксиэтиленовый моноэфир олеиновой кислоты, полиоксиэтиленовый моноэфир стеариновой кислоты и т.п.

Примерами сорбитановых эфиров жирных кислот являются сорбитановый моноэфир лауриновой кислоты, сорбитановый моноэфир пальмитиновой кислоты, сорбитановый моноэфир стеариновой кислоты, сорбитановый моноэфир олеиновой кислоты и т.п.

Примерами полиоксиэтиленсорбитановых эфиров жирных кислот являются полиоксиэтиленсорбитановый моноэфир лауриновой кислоты, полиоксиэтиленсорбитановый моноэфир пальмитиновой кислоты, полиоксиэтиленсорбитановый моноэфир стеариновой кислоты и т.п.

Примерами глицериновых сложных эфиров являются глицерилмономиристат, глицерилмоностеарат, глицерилмоноолеат и т.п.

Примерами производных вышеуказанных поверхностно-активных веществ являются, например, полиоксиэтиленалкилфенилформальдегидный конденсат, фосфат полиоксиэтиленалкилового эфира и т.п.

Среди них предпочтительными являются аминооксиды и простые полиоксиэтиленалкилфениловые эфиры, и более предпочтительны полиоксиэтиленнонилфениловый эфир, полиоксиэтиленоктилфениловый эфир и полиоксиэтиламинооксид.

Количество вышеупомянутого неионогенного поверхностно-активного вещества составляет от 0,01 до 5%, предпочтительно от 0,1 до 0,3% от общего количества порошка ПТФЭ и наполнителя.

При использовании неионогенного поверхностно-активного вещества в вышеупомянутом диапазоне можно получить гранулированный порошок, частицы которого имеют малый размер и сферическую форму, узкое распределение частиц по размеру, с превосходной текучестью порошка и большой кажущейся плотностью.

В данном изобретении, в дополнение к вышеупомянутому неионогенному поверхностно-активному веществу можно добавлять от 0, 001 до 5% анионогенного поверхностно-активного вещества относительно суммы порошка ПТФЭ и наполнителя. В качестве анионогенного поверхностно-активного вещества можно использовать известные соединения, например высшую жирную кислоту и ее соль, алкилсульфат, алкилсульфонат, алкиларилсульфат, алкиловый эфир фосфорной кислоты и т. п. Особенно предпочтительными анионогенными поверхностно-активными веществами являются сульфат высшего алкилового спирта, например лаурилсульфат натрия или анионногенное поверхностно-активное вещество типа фторсодержащей сульфокислоты или карбоновой кислоты, содержащее фторалкильную группу или хлорфторалкильную группу. Типичными соединениями этого типа являются соединения, представленные формулой (IV):
X(CF₂CF₂)_n (CH₂)_mA (IV)
или формулой (V):
X(CF₂₃CFCL)_n(CH₂)_mA (V)
где Х представляет водород, атом фтора или атом хлора,
n является целым числом от 3 до 10,
m равняется 0 или целому числу от 1 до 4,
А представляет карбоксильную группу, сульфокислотную группу или их содержащий щелочной металл или аммоний остаток.

Содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения получают, например, способом, описанным ниже, но способ не ограничен этим примером.

Порошок ПТФЭ, предварительно измельченный до размера частиц не более 200 мкм, заранее перемешивают с наполнителем, используя 75-литровый смеситель Хенцеля, и получают 11 кг смеси.

Два кг смеси порошка ПТФЭ и наполнителя добавляют в 10-литровый резервуар для грануляции, содержащий 5,5-6 литров воды, пропущенной через ионообменную колонку.

В этот резервуар добавляют 450-1500 мл органической жидкости, образующей жидкую межфазную поверхность раздела, и затем добавляют от 4 до 200 мл 5% водного раствора неионогенного поверхностно-активного вещества. Затем проводят грануляцию конусной лопастью при температуре от 23 до 27^oС при скорости перемешивания от 600 до 900 об/мин в течение 5-10 мин.

Альтернативно вышеупомянутой схеме добавления, неионогенное поверхностно-активное вещество можно добавлять, например, перед добавлением смеси порошка ПТФЭ и наполнителя или перед добавлением образующей жидкую межфазную поверхность раздела органической жидкости. С точки зрения предоставления приоритета адсорбции поверхностно-активного вещества на жидкой межфазной поверхности раздела (а именно поверхности раздела между органической жидкостью и водой) предпочтительно добавлять неионогенное поверхностно-активное вещество в промежуток времени между добавлением образующей жидкую межфазную поверхность раздела органической жидкости и началом грануляции.

Затем проводят перемешивание с помощью диспергирующей лопасти 100 ⌀ при скорости перемешивания от 1000 до 2000 об/мин в течение двух минут. Это перемешивание можно опустить.

На следующей стадии проводят формирование гранулированного порошка конусной лопастью при температуре 23-27^oС при скорости перемешивания 600-800 об/мин в течение 0-15 мин.

После этого, продолжая перемешивание, поднимают температуру внутри резервуара для грануляции до температуры в диапазоне от 37, 5 до 38,0^oС в течение 15-30 мин и выдерживают при этой температуре в течение 0-60 мин. Эту стадию сохранения температуры не проводят из-за выделения наполнителя в случае, когда наполнитель представляет собой, например, стекловолокно или металлическое волокно, или металлический порошок типа порошка бронзы, порошка золота, порошка серебра, медного порошка, порошка нержавеющей стали, волокна из нержавеющей стали, никелевого порошка или никелевого волокна.

Затем перемешивание прекращают, грануляты отделяют от воды с использованием сита 150 меш, сушат их в электрической печи при температуре 120-250^oС в течение 15-20 часов и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения.

По способу получения данного изобретения можно получить содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, который имеет физические свойства, упомянутые ниже, и дает формованные изделия с физическими свойствами, описанными ниже. Особенно благодаря узкому распределению частиц по размеру отпадает необходимость в дополнительной стадии, например стадии отбора частиц малого размера с помощью сита, как при обычном способе. Таким образом можно получить содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, который не может быть получен стандартным способом.

(Физические свойства содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ)
Содержание наполнителя: 2,5-50%.

Когда оно меньше 2,5%, существует тенденция понижения сопротивления истиранию и сопротивления ползучести, а когда больше 50%, имеется тенденция понижения сопротивления скольжению, присущего фторсодержащей смоле, в результате изделие, контактирующее с формой, полученное из гранулированного порошка, повреждается. С точки зрения сопротивления истиранию, сопротивления ползучести и сопротивления скольжению, особенно предпочтительно содержание его от 5 до 40%.

Кажущаяся плотность: не менее 0,6 г/см³
Когда она меньше 0,6 г/см³, количество порошка, которым заполняют пресс-форму, мало.

Текучесть (способ 21В): не меньше, чем 6 раз
Когда она не больше, чем 5,5 раз, то текучесть в загрузочной воронке не очень хорошая. Особенно предпочтительна текучесть 8 раз.

Угол трения: не более 40^o
Порошок, имеющий угол трения, превышающий 42^o, не предпочтителен из-за ухудшения текучести. Особенно предпочтителен угол трения не более 40^o.

Угол трения составляет не более 38^o, когда кажущаяся плотность составляет не менее 0,9 г/см³ и менее 1,0 г/см³, и не более 36^o, когда кажущаяся плотность больше 1,0 г/см³.

На угол трения порошка воздействует сила тяжести, и он становится меньше, когда кажущаяся плотность становится выше. Соответственно, для гранулированного порошка, полученного по способу грануляции данного изобретения, угол трения изменяется в зависимости от кажущейся плотности. Порошки данного изобретения имеют угол трения меньше, чем таковой гранулированных порошков, полученных обычными методами.

Угол трения порошков, полученных обычными методами, составляет не менее 40^o, когда кажущаяся плотность не меньше 0,6 г/см³ и меньше 0,9 г/см³, не менее 38^o, когда кажущаяся плотность не меньше 0,9 г/см³ и меньше 1,0 г/см³, и не менее 36^o, когда кажущаяся плотность не меньше 1,0 г/см³.

Распределение частиц по размеру А:
Гранулированный порошок, остающийся на сите 10 меш: 0%.

Гранулированный порошок, остающийся на сите 20 меш: не более 5%.

Гранулированный порошок, имеющий после грануляции распределение частиц по размеру, упомянутое выше, предпочтителен, так как он равномерно заполняет пресс-форму благодаря одинаковому размеру частиц. Особенно предпочтительно, что количество гранулированного порошка, остающегося на ситах 10 меш и 20 меш, составляет 0%.

Распределение частиц по размеру В: не менее 50 мас.%
Гранулированный порошок, имеющий после грануляции распределение частиц по размеру, упомянутое выше, предпочтителен, так как он заполняет пресс-форму равномерно.

Особенно предпочтительно распределение не менее 60 мас. %.

Средний размер частиц: не более 500 мкм
Когда он больше 500 мкм, порошком нельзя заполнить тонкостенную пресс-форму. Особенно предпочтителен размер от 150 до 400 мкм - с точки зрения заполнения порошком тонкостенной пресс-формы.

(Физические свойства формованного изделия)
Предел прочности на растяжение: не менее 9,81 МПа
Когда он меньше 9,81 МПа, механическая прочность формованного изделия снижается. Предпочтительный предел прочности на растяжение не менее 14,7 МПа, а диапазон предела прочности на растяжение зависит от применения изделия.

Растяжение: от 100 до 400%
Когда оно меньше 100%, возможен случай, когда формованное изделие разрывается при установке на оборудование или при обработке. Предпочтительное растяжение составляет не менее 150%.

Шероховатость поверхности: не более 3,0 мкм
Формованное изделие, имеющее шероховатость поверхности более 3,0 мкм, не является предпочтительным, потому что эта шероховатость больше, нежели желательно. Особенно предпочтительна шероховатость поверхности не более 2,0 мкм.

Способы измерения каждого физического свойства описаны ниже.

Кажущаяся плотность: измеряется согласно JIS К 6891-5.3
Средний размер частиц после измельчения (Первичный размер частиц).

Метод влажного сита: используются стандартные сита JIS 20 меш (отверстие сита 840 мкм), 250 меш (отверстие сита 62 мкм), 270 меш (отверстие сита 53 мкм), 325 меш (отверстие сита 44 мкм) и 400 меш (отверстие сита 37 мкм).

Сначала сито 20 меш помещают на сито 250 меш и 5 г образца порошка помещают в сито 20 меш. Посредством осторожного обрызгивания тетрахлоридом углерода из распылителя при норме приблизительно 3 л/м² в течение приблизительно 30 секунд порошок смывают на нижнее сито. Когда образец порошка смыт полностью, верхнее сито удаляют и проводят обрызгивание по всему нижнему ситу в течение приблизительно четырех минут. После этого нижнее сито сушат на воздухе и измеряют массу остающегося на нем порошка. Ряд вышеупомянутых стадий повторяют, используя сито 20 меш и, соответственно, одно за другим три других сита с меньшим размером ячеек, соответственно, используя каждый раз 5 г нового образца порошка. Чтобы получить накопленный массовый процент, массу порошка, остающегося на каждом сите, умножают на 20, а затем эти полученные величины откладывают на логарифмической бумаге против величины отверстий каждого сита. Полученные точки соединяют линией, устанавливают размеры частиц, соответствующие накопленным процентам 50(d₅₀) и 84 (d₃₄), и размер влажного сита (d_ws) рассчитывают по следующему уравнению:

А именно, используют измерительное устройство, включающее опорный штатив 42, верхнюю засыпную воронку 31 и нижнюю засыпную воронку 32, которые обе выравнивают по их центровым линиям и крепят на опорном штативе 42, как показано на фиг.1 (соответствующей фиг.3, описанной в JP-A-259925/1991). Верхняя засыпная воронка 31 имеет вход 33 диаметром 74 мм, выход 34 диаметром 12 мм и перегородку 35. Высота от входа 33 до выхода 34 составляет 123 мм. Перегородка 35 предусмотрена на выходе 34, благодаря чему порошок может удерживаться в засыпной воронке и необязательно падать. Нижняя засыпная воронка 32 имеет вход 36 диаметром 76 мм, выход 37 диаметром 12 мм и перегородку 38. Высота от входа 36 до выхода 37 составляет 120 мм, и перегородка 38 предусмотрена на выходе 37, как и в верхней засыпной воронке. Верхняя засыпная воронка и нижняя засыпная воронка регулируются так, чтобы расстояние между обеими перегородками было 15 см. На фиг.1 цифры 39 и 40 показывают крышки на выходе каждой воронки, и цифра 41 указывает на сосуд для приема высыпавшегося порошка.

Перед измерением текучести около 200 г порошка оставляют не меньше, чем на четыре часа, в камере, температура которой регулируется от 23,5 до 24,5^oС, и затем просеивают через сито 10 меш (отверстие сита 1680 мкм). Измерение текучести проводят при той же температуре.

(I) Сначала, сразу после того, как в верхнюю засыпную воронку 31 загрузят с помощью чашки порошок с использованием 30 мл чашки, перегородку 35 вытягивают так, чтобы выпустить порошок в нижнюю засыпную воронку. Если порошок не ссыпается, его проталкивают проволокой. После того как порошок полностью высыпался в нижнюю засыпную воронку 32, выпущенный порошок оставляют там на 15±2 секунды, а затем перегородку 38 нижней засыпной воронки вытягивают, чтобы видеть, высыпается ли порошок из выхода 37. Когда порошок полностью высыпается за время в пределах восьми секунд, порошок оценивают как падающий, как требуется.

(II) Те же самые стадии, как описано выше, повторяют три раза, чтобы убедиться, падает ли порошок, как это требуется. В случае, когда порошок падает удовлетворительно дважды или больше, текучесть порошка оценивают как "хорошая". В случае, если порошок никогда не падает, текучесть порошка оценивают как "плохая". В случае, если в трех сериях теста на падение порошок высыпался только один раз, тест на падение далее проводят дважды, и когда в двух сериях теста на падение результат удовлетворителен, текучесть оценивают как "хорошая". В других случаях текучесть оценивают как "плохая".

(III) Что касается порошка, оцененного как "хороший", тест на падение проводят снова тем же самым способом, как описано выше, загружая верхнюю засыпную воронку двумя чашками порошка, используя ту же самую 30 мл чашку. Когда в результате текучесть оценивают как "хорошая", число чашек, заполненных порошком, последовательно увеличивают и проводят тест на падение до тех пор, пока текучесть не оценят как "плохая". Тест на падение проводят до восьми чашек, в пределе. Порошок, вытекающий из нижней засыпной воронки в предыдущем тесте на падение, можно снова использовать.

(IV) Чем больше количество порошка ПТФЭ, тем труднее порошку падать.

Число чашек, когда текучесть оценивают как "плохая", уменьшают на 1, и полученное значение принимают за текучесть порошка.

Средний размер частиц и распределение частиц по размеру А гранулированого порошка
Стандартные сита 10, 20, 32, 48, 60 и 83 меш (2,5 см (дюймовая) решетка) устанавливают в таком порядке сверху вниз и гранулированный порошок ПТФЭ помещают в сито 10 меш. Сита вибрируют, чтобы спустить более мелкие частицы вниз через каждое сито последовательно. Затем, после того, как получено в % соотношение порошка, остающегося на каждом сите, накопленные проценты (ордината) каждого оставшегося порошка против величины отверстий каждого сита (абсцисса) отмечаются на логарифмической бумаге, и эти точки соединяются линией. Получают размер частиц, доля которых составляет 50% на этой линии, и рассматривают его как средний размер частиц. Также проценты по массе гранулированного порошка, остающегося на каждом сите 10, 20, 32, 48, 60 и 83 меш, рассматривают как распределение частиц по размеру А.

Распределение частиц по размеру В
Распределение частиц по размеру В представляет собой соотношение массы частиц, имеющих диаметр 0,7-1,3 крат от среднего размера частиц ко всем частицам, и его рассчитывают умножением среднего размера частиц на 0,7 или 1,3. Полученные значения откладывают на кривой накопленного массового процента и таким образом получают массовый процент.

Предел прочности при растяжении (в дальнейшем может обозначаться "TS") и растяжение (в дальнейшем может обозначаться "EL")
В пресс-форму с внутренним диаметром 100 мм загружают 25 г порошка и постепенно поднимают давление приблизительно в течение 30 секунд, пока конечное давление не становится приблизительно 500 кг/см². Затем давление выдерживают в течение двух минут, чтобы получить подпрессованное изделие. Это подпрессованное изделие вынимают из пресс-формы и помещают в электрическую печь, в которой поддерживают температуру 365^oС, и подвергают спеканию в течение трех часов. Затем спеченное изделие штампуют JIS гирей 3, чтобы получить образец. Напряжение при разрыве и растяжение образца измеряют согласно JIS К 6891-58 посредством растяжения при скорости растяжения 200 мм/мин на приборе-самописце, имеющем массу брутто 500 кг.

Угол трения
Измеряют на приборе для испытания порошков, который производит Компания Хосокава Микрон, Лтд.

Шероховатость поверхности
В пресс-форму диаметром 50 мм загружают 210 г порошка и выдерживают в течение пяти минут при давлении формования 500 кг/см². Полученное подпрессованное изделие нагревают от комнатной температуры до 365^oС при скорости нагревания 50^oС/ч. После выдержки при 365^oС в течение 5,5 часов подпрессованное изделие охлаждают при скорости охлаждения 50^oС/ч. Проводят измерение шероховатости верхней поверхности полученного формованного изделия по методу средней шероховатости по центровой линии (R_a), описанному в JIS В 0601, используя прибор для измерения шероховатости поверхности, который производит Токио Семитсу Кикаи Кабушики Каиша.

Предпочтительное соотношение каждого компонента для получения содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ данного изобретения является, например, приведенным ниже.

Порошок ПТФЭ - 100 частей
Наполнитель - От 2,5 до 100 частей
Неионогенное поверхностно-активное вещество (по отношению к сумм. массе порошка ПТФЭ и наполнителя) - От 0,01 до 5 мас.%
Органическая жидкость, образующая жидкую межфазную поверхность раздела - От 30 до 80 частей
Содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, полученный из этих компонентов при пропорциях, указанных выше, выгоден с точки зрения большой кажущейся плотности, малого угла трения и хорошей текучести. Более предпочтительны компоненты, указанные ниже.

Порошок ПТФЭ - 100 частей
Наполнитель - От 5 до 80 частей
Неионогенное поверхностно-активное вещество типа аминооксида (по отношению к сумм. массе порошка ПТФЭ и наполнителя) - От 0,1 до 0,3 мас.%
Органическая жидкость, образующая жидкую межфазную поверхность раздела - От 40 до 60 частей
Содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, полученный из этих компонентов в пропорциях, упомянутых выше, выгоден с точки зрения малого размера частиц, узкого распределения частиц по размеру и с той точки зрения, что шероховатость поверхности формованного изделия, полученного из этого гранулированного порошка, небольшая.

Данное изобретение поясняется далее посредством примеров, но не ограничивается ими.

ПРИМЕР 1
Сначала 9,35 кг (сухая основа) измельченного порошка ПТФЭ (ПОЛИФЛОН М-111, который производит Дайкин Индустри, Лтд., ПТФЭ модифицируют сополимеризацией с 0,1 мол.% перфторпропилвинилового эфира), имеющего средний размер частиц 25 мкм, и 1,65 кг стекловолокна (средний диаметр 12 мкм, средняя длина волокна 80 мкм), которое подвергают водоотталкивающей обработке аппретом аминосиланом, предварительно перемешивают, используя 75-литровый смеситель Хенцеля.

В 10-литровый резервуар для грануляции загружают 6 л очищенной на ионообменной колонке воды, а затем 2 кг смеси порошка ПТФЭ и стекловолокна, полученной посредством вышеупомянутого предварительного смешения.

Затем добавляют 40 мл водного 5 мас.% раствора неионогенного поверхностно-активного вещества аминооксидного типа (диметилоксиэтиламинооксид) в концентрации (концентрация к общему количеству порошка ПТФЭ и наполнителя), указанной в таблице, и затем добавляют 1200 мл органической жидкости, образующей жидкую межфазную поверхность раздела (метиленхлорид). Затем проводят грануляцию при 25±2^oC в течение пяти минут при перемешивании со скоростью 800 об/мин с использованием конусной лопасти.

Перемешивание продолжают в течение 2 мин со скоростью 2000 об/мин с использованием измельчающей лопасти 100 ⌀.

Далее проводят грануляцию для образования гранулированного порошка при 25±2^oС в течение десяти минут при перемешивании со скоростью 800 об/мин с использованием конусной лопасти.

Затем, после того, как температуру в резервуаре поднимают до 38^oС в течение 20 мин, перемешивание прекращают. Гранулы, полученные с использованием сита 150 меш, высушивают в электрической печи при 165^oС в течение 16 часов и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения и определяют его физические свойства.

Результаты представлены в таблице.

ПРИМЕРЫ 2 И 3
Повторяют те же самые процедуры, что и в примере 1, за исключением того, что здесь используют измельченный порошок ПТФЭ (ПОЛИФЛОН М-12, который производит Дайкин Индустри, Лтд., гомополимер ПТФЭ), имеющий средний размер частиц 31 мкм, и указанные в таблице количества неионогенного поверхностно-активного вещества и органической жидкости, образующей жидкую межфазную поверхность раздела, и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения. Проводят те же испытания, что и в примере 1, и их результаты представлены в таблице.

Также, что касается содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ, полученного в примере 2, производят фотоснимки частиц в порошке следующим способом.

Форма частицы. С помощью Video Microscope оптического микроскопа, который производит Корпорация СОНИ, получают фотографии при 100-кратном и 200-кратном увеличениях.

Результаты представлены на фиг.2 и 3.

ПРИМЕР 4
Сначала 9,9 кг (сухая основа) измельченного порошка ПТФЭ (ПОЛИФЛОН М-111, который производит Дайкин Индустри, Лтд., ПТФЭ модифицируют сополимеризацией с 0,1 мол.% перфторпропилвинилового эфира), имеющего средний размер частиц 25 мкм, и 1,1 кг углеродного волокна (углеродное волокно типа пека SG-249, которое производит Осака Газ Кемикал Кабусики Кайся, средний диаметр 12 мкм, средняя длина волокна 110 мкм) предварительно перемешивают с использованием 75-литрового смесителя Хенцеля.

В 10-литровый резервуар для грануляции загружают 6 л очищенной на ионообменной колонке воды, а затем 2 кг смеси порошка ПТФЭ и углеродного волокна, полученной вышеупомянутым предварительным смешением.

Затем добавляют 40 мл водного 5 мас.% раствора неионогенного поверхностно-активного вещества аминооксидного типа (диметилоксиэтиламинооксид) в концентрации (концентрация к общему количеству порошка ПТФЭ и наполнителя), указанной в таблице, и затем добавляют 1200 мл органической жидкости, образующей жидкую межфазную поверхность раздела (метиленхлорид). Затем проводят грануляцию при 25±2^oC в течение пяти минут при перемешивании со скоростью 800 об/мин с использованием конусной лопасти.

Перемешивание продолжают в течение 2 мин со скоростью 2000 об/мин, используя измельчающую лопасть 100 ⌀.

Затем проводят грануляцию для формирования гранулированного порошка при 25±2^oС в течение десяти минут при перемешивании со скоростью 800 об/мин.

Затем, после того, как температуру в резервуаре поднимут до 38^oС в течение 20 мин, перемешивание останавливают, после того как резервуар выдержат при этой температуре в течение 10 мин. Гранулы, полученные с использованием сита 150 меш, высушивают в электрической печи при 165^oС в течение 16 часов и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения. Проводят те же испытания,
что и в примере 1. Результаты представлены в таблице.

ПРИМЕР 5
Повторяют те же самые процедуры, что в примере 4, за исключением того, что здесь используют измельченный порошок ПТФЭ (ПОЛИФЛОН М-12, который производит Дайкин Индустри Лтд. ,), имеющий средний размер частиц 31 мкм, и в количествах, указанных в табл.1, неионогенное поверхностно-активное вещество и органическую жидкость, образующую жидкую межфазную поверхность раздела, и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения. Проводят те же испытания, что и в примере 1, и их результаты представлены в таблице.

ПРИМЕР 6
Повторяют те же самые процедуры, что в примере 4, за исключением того, что здесь используют в количествах, показанных в таблице, неионогенное поверхностно-активное вещество и органическую жидкость, образующую жидкую межфазную поверхность раздела, и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения. Проводят те же испытания, что и в примере 1, и делают фотографии тем же способом, что в примере 2. Результаты представлены в таблице и на фиг.4.

ПРИМЕР ДЛЯ СРАВНЕНИЯ 1
Повторяют те же процедуры, что в примере 2, за исключением того, что здесь не используют неионогенное поверхностно-активное вещество, и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ. Проводят те же испытания, что и в примере 1, и делают фотографию тем же способом, что в примере 2. Результаты представлены в таблице и на фиг.5.

ПРИМЕР ДЛЯ СРАВНЕНИЯ 2
Повторяют те же процедуры, что в примере 4, за исключением того, что здесь не используют неионогенное поверхностно-активное вещество, и получают содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ. Проводят те же испытания, что и в примере 1, и делают фотоснимок тем же способом, что в примере 2. Результаты представлены в таблице и на фиг.6.

В столбце распределения частиц по размеру А таблице, в строках "на 10, на 20, на 32, на 48, на 60 и на 83" показан процент частиц, остающихся на ситах 10 меш, 20 меш, 32 меш, 48 меш, 60 меш и 83 меш соответственно, а "проходит 83" представляет процент частиц, прошедших через сито 83 меш.

Как следует из результатов в таблице, содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ, полученный по способу получения, описанному в данном изобретении, имеет большую кажущуюся плотность, особенно малый размер частиц и узкое распределение частиц по размеру, а также превосходную текучесть, несмотря на малый размер частиц. Также формованное изделие, полученное из гранулированного порошка, имеет прекрасный предел прочности при растяжении и растяжение и низкую шероховатость поверхности.

Также установлено, что по способу получения, описанному в данном изобретении, средний размер частиц и распределение частиц по размеру содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ может контролироваться количеством добавленного неионогенного поверхностно-активного вещества.

Структура частиц содержащего наполнитель гранулированного порошка ПТФЭ данного изобретения показана на фиг.2 и 3, где даны фотографии образцов, полученные с помощью оптического микроскопа, в примере 2, и фиг.4, где дана фотография, полученная с помощью оптического микроскопа в примере 6. Фиг.5 и 6 представляют собой фотографии, полученные с помощью оптического микроскопа, показывающие структуру частиц, содержащих наполнитель гранулированных порошков ПТФЭ, полученных по обычному способу грануляции без использования поверхностно-активного вещества.

Как видно на этих чертежах, в то время, как частицы в содержащем наполнителе гранулированном порошке ПТФЭ данного изобретения почти сферические, частицы в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, полученном по вышеупомянутому обычному способу грануляции, не сферические. Также частицы в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ данного изобретения значительно меньше, чем частицы в содержащем наполнитель гранулированном порошке ПТФЭ, полученном по вышеупомянутому обычному способу грануляции.

Причина, почему содержащий наполнитель гранулированый порошок ПТФЭ данного изобретения обладает лучшей текучестью порошка, несмотря на малый средний размер частиц, по-видимому, в том, что, например, форма частиц почти сферическая, как упомянуто выше.

Промышленная применимость
Содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ данного изобретения, содержащий по большей части почти сферические частицы, имеет большую кажущуюся плотность, малый средний размер частиц и узкое распределение частиц по размеру и превосходен по текучести порошка, несмотря на малый размер частиц. Формованное изделие, полученное из гранулированного порошка, имеет лучший предел прочности при растяжении и растяжение и низкую шероховатость поверхности.

Описанный в данном изобретении способ получения не только может дать содержащий наполнитель гранулированный порошок ПТФЭ с превосходными физическими свойствами, как упомянуто выше, но также, что особенно существенно, дает возможность контролировать средний размер частиц и распределение частиц по размеру с помощью количества неионогенного поверхностно-активного вещества, и может давать гранулированный порошок с узким распределением частиц по размеру.

Реферат

Изобретение относится к содержащему наполнитель гранулированному порошку политетрафторэтилена (ПТФЭ) и способу его получения. Гранулированный порошок получают грануляцией смеси порошка ПТФЭ или ПТФЭ, модифицированного 0,001-1,0 мол. % мономера, сополимеризуемого с тетрафторэтиленом, например простого перфторвинилового эфира, и наполнителя в воде в присутствии органической жидкости, которая образует жидкую межфазную поверхность раздела с водой и неионогенного поверхностно-активного вещества, взятого в количестве 0,01-0,5% от массы смеси. Гранулированный порошок по изобретению обладает высокой кажущейся плотностью, малым средним размером частиц и узким распределением частиц по размеру и превосходной текучестью порошка и дает формованное изделие, имеющее превосходный предел прочности при растяжении, растяжение и низкую шероховатость поверхности. 5 с. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Формула