[發(fā)明專利]C、Al雙元素注入制備低摩擦氟硅橡膠表面的方法

有效

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• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112376033B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張斌;賈倩;張俊彥;楊生榮;王宏剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/06;C23C14/20;C08J7/12
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發(fā)明公開了一種C、Al雙元素注入制備低摩擦氟硅橡膠表面的方法，是采用真空電弧離子源，在氟硅橡膠表面依次注入C、Al，獲得機械強度改善的低摩擦氟硅橡膠，氟硅橡膠的摩擦系數(shù)從0.8降低到0.25左右。本發(fā)明由于氟硅橡膠C元素的摻入能夠有效提高了FVMQ機械強度、耐油性和溶脹性；Al元素的摻入能夠降低FVMQ的摩擦系數(shù)，獲得低摩擦補強FVMQ，對工業(yè)應用來說，本發(fā)明具有重要意義。另外，本發(fā)明采用Mevva?5.Ru真空電弧離子源在FVMQ表面進行了雙元素（C和Al）的序列注入，其操作簡單，可控性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面改性降低氟硅橡膠表面摩擦系數(shù)的方法，尤其涉及一種C、Al雙元素注入制備低摩擦氟硅橡膠表面的方法，屬于聚合物表面改性領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氟硅橡膠（FVMQ）是一種無色透明高黏滯塑性直鏈高分子化合物，是以柔軟的Si-O為主鏈構(gòu)成的線型高聚物，與硅相連的側(cè)基為甲基、乙烯基和三氟丙基，分子量在50~80萬之間。FVMQ在保持有機硅材料的耐熱性、耐寒性、耐高電壓性、耐氣候老化等優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，由于含氟基團的引入，還有優(yōu)良的耐航空燃料油、液壓油、機油、化學試劑及溶劑等性能。FVMQ被用于國防、交通運輸、電子電氣、醫(yī)學等領(lǐng)域，宇航、飛機、汽車、石油化工等工業(yè)部門，具體可作為高檔汽車或機器中于燃料油、潤滑油接觸的密封件、襯墊、膜片、連接器、管類等。FVMQ在這些應用場景中的高可靠服役與其摩擦學性能息息相關(guān)，低摩擦高耐磨的FVMQ被相關(guān)領(lǐng)域需要。另外，F(xiàn)VMQ在應用中面臨機械強度低，補強過程復雜的問題，因此，改善和提高氟硅橡膠的強度也是一個重要的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種C、Al雙元素改性制備低摩擦氟硅橡膠的方法，以獲得具有高機械強度低摩擦高耐磨性能的FVMQ。

一、FVMQ的改性

本發(fā)明改性制備低摩擦氟硅橡膠的方法，是采用真空電弧離子源，在FVMQ表面依次注入C、Al，獲得機械強度改善的低摩擦氟硅橡膠。具體包括以下工藝步驟：

（1）將氟硅橡膠用細砂紙進行打磨，去除表面的污染物，獲得光滑樣品；再放置于30~50℃肥皂水中用小毛刷進一步清洗；然后放入加熱至60~85℃的去離子水中超聲清洗5~10 min，重復3~5次，去除表面殘余肥皂及污染物；清洗結(jié)束后放入烘箱，于60~85℃烘干；

（2）將清洗后的氟硅橡膠放入真空腔，真空抽至1×10^-4 Pa；真空腔內(nèi)安裝有C、Al靶材作為注入材料；

（3）打開電弧電源，調(diào)節(jié)C靶電流為35~50 A ，占空比為40%，產(chǎn)生束電流密度為0.25~0.5 A/100cm²·s；

（4）控制加速電壓-25 kV，額定電流90 A，頻率1~5 kHz，采用真空電弧離子源在氟硅橡膠表面注入C，時間為100~300 s；

（5）關(guān)閉C靶同時打開Al靶，調(diào)節(jié)Al靶電流為30~50 A，占空比為60%，產(chǎn)生束電流密度為0.25~0.5 A/100cm²·s；

（6）保持加速電壓-25 kV，額定電流90A，頻率3 kHz，采用真空電弧離子源注入Al，時間120~360 s；待腔體冷卻后取出，即得改性低摩擦氟硅橡膠。

上述真空電弧離子源采用Mevva-5·Ru真空電弧離子源，電弧電源采用脈沖弧電源。

通過上述方法制備的低摩擦氟硅橡膠的結(jié)構(gòu)見圖1。

二、改性氟硅橡膠的摩擦性能

測試方法：在往復摩擦試驗機上檢測雙元素序列注入處理后的FVMQ，選擇直徑為?6 mm 的GCr15鋼球作為對偶球。具體參數(shù)如下：摩擦載荷為5 N，振幅為5mm，頻率5 Hz，濕度30 %，測試時間為40 min。