聚醚醚酮複合材料、製備方法及密封件的應用的製作方法

2023-07-19 22:01:51 1

專利名稱：：聚醚醚酮複合材料、製備方法及密封件的應用的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種聚醚醚酮複合材料、密封件應用及製備方法，尤其是納米材料增強改性聚醚醚酮密封件(KT-PEEK)及製備方法，屬於密封材料製品領域。技術背景聚醚醚酮(PEEK)樹脂是一種性能優異的特種工程塑料，與其他特種工程塑料相比具有諸多顯著優勢，特點如耐高溫、機械性能優異、自潤滑性好、耐化學品腐蝕、阻燃、耐剝離性、耐輻照性、絕緣性穩定、耐水解和易加工等，在航空航天、汽車製造、電子電氣、醫療和食品加工等領域廣泛應用。聚醚醚酮(PEEK)樹脂的性能優異，應用廣，PEEK樹脂最早在航空航天領域獲得應用，替代鋁和其他金屬材料製造各種飛機零部件。汽車工業中由於PEEK樹脂具有良好的耐摩擦性能和機械性能，用作製造發動機內罩的原材料，用其製造的軸承、墊片、密封件、離合器齒環等各種零部件在汽車的傳動、剎車和空調系統中被廣泛採用。PEEK樹脂是理想的電絕緣體，在高溫、高壓和高溼度等惡劣的工作條件下，仍能保持良好的電絕緣性能，因此電子信息領域逐漸成為PEEK樹脂第二大應用領域，在化工機械領域可製造輸送超純水的管道、閥門和泵；在半導體工業中，常用來製造晶圓承載器、電子絕緣膜片以及各種連接器件。作為一種半結晶的工程塑料，PEEK不溶於濃硫酸外的幾乎所有溶劑，因而常用來製作壓縮機閥片、活塞環、密封件和各種化工用泵體、閥門部件。為了進一步滿足製造高精度、耐熱、耐磨損、抗疲勞和抗衝擊零部件的要求，對PEEK進行共混、填充、纖維複合等增強改性處理，可以得到性能更加優異的PEEK複合材料。PEEK與聚醚共混後的複合材料，在具有良好力學性能的同時，又使阻燃性能得到了提高；在PEEK中加入專用酚醛樹脂製成的材料，具有特殊的抗摩擦性能；PEEK與聚四氟乙烯共混製成的複合材料，在保持PEEK的高強度、高硬度的同時，還具有突出的耐磨性，可用於製造滑動軸承、密封環等機械零部件；與碳纖維和玻璃纖維等多種纖維進行改性增強，可製成高性能的纖維增強的PEEK複合材料，具有優異的抗蠕變、耐溼熱、耐老化和抗衝擊性能，還可大幅度提高材料的拉伸和彎曲強度；在PEEK中加入晶須材料，可提高材料的硬度、剛性及尺寸穩定性，用於製造大型石化生產線上的氫氣壓縮機和石油氣壓縮機的環狀、網狀閥片等。閥門和管道在工業輸運中十分重要，其密封問題值得重視，否則跑、冒、滴、漏浪費資源會非常嚴重，隨著世界各國對環保要求也越來越高，節省能源、提高輸運效率、杜絕浪費是必須的要求。現有技術中，閥門的閥座材料等密封件大部分採用聚四氟乙烯、尼龍、石墨、碳纖維/玻璃纖維填充聚四氟乙烯複合材料、不鏽鋼等材料。其優缺點都很明顯聚四氟乙烯材料耐腐蝕性好，摩擦係數小，對閥門的扭矩也小，但耐溫差，長期使用溫度《200。C，而且易蠕變導致洩漏；石墨材料耐高溫，比重輕，但不耐壓，易破碎導致洩漏；尼龍材料抗壓、硬度好，價格相對便宜，但耐腐蝕遠不如聚四氟乙烯，耐溫也相對低於聚四氟乙烯；碳纖維/玻璃纖維填充聚四氟乙烯複合材料比純聚四氟乙烯材料耐壓、耐磨損、耐溫有所提高，但因為該材料的樹脂基材70份仍然是氟樹脂，它溫度只能在《25(TC工作，長期使用溫度《200'C，而且耐水解性差；金屬材料，-例如不鏽鋼、耐溫、耐壓、耐腐蝕性較好，但摩擦係數大、比重大，不能恢復彈性，密封效果不好。聚醚醚酮的性能好，但其成本高，因此須保持耐腐蝕、耐溫、耐壓的聚醚醚酮優異性能的前提下，還須進一步提高機械性能，提高耐壓和耐磨損的強度，同時降低成本的聚醚醚酮的複合材料的制口和製備工藝還未被提出。
發明內容本發明的目的是，提出一種聚醚醚酮複合材料、製備方法及密封件應用，保持聚醚醚酮原有的耐腐蝕、耐溫、耐壓的優異性能，又進一步提高機械性能，尤其是提高耐壓和耐磨損的強度，同時降低成本的，更有利於該材料的使用與推廣。本發明目的還在於密封件應用中採用金屬增強聚醚醚酮複合材料製作而成的閥座等密封件，解決流體工程中的控制系統密封。本發明的目的還在於提供一種既耐壓、耐高溫，長期使用溫度26(TC，耐水解性好，同時耐腐蝕、抗蠕變。完全可以滿足當前國際國內的各種閥門閥座密封件的需求。本發明的技術解決方案是聚醚醚酮複合材料，由聚醚醚酮、納米粒子、填充材料、助劑材料組成，按重量計算，其組成如下聚醚醚酮粉7595份、納米粒子5~10份、填充材料10~20份、助劑2~5份。所述填充材料是玻璃纖維、碳纖維、石英粉、二硫化鉬或碳粉，玻璃纖維或碳纖維可以添加石英粉、二硫化鉬或碳粉之一種、二種或兩種，所述比例均為重量比。玻璃纖維或碳纖維也可以混合填充。本發明另可添加助劑聚全氟乙丙烯或聚苯硫醚或添加氟塑料(如聚四氟乙烯或偏氟乙烯材料)2~10份。所述納米材料是納米無機粒子，採用天然黏土為原料，主要成份為Si02、A1203、MgO，經過提純、乳化、離子交換、吸附及接枝等數次化學反應處理，製備出具有一維納米結構的結晶型、增強型的粉體。納米材料增強改性聚醚醚酮密封件的製備方法依次包括以下步驟(見表l)，也可以採用純的納米Si02、Al203或MgO。聚醚醚酮複合材料的製備方法採用模壓成型的方法按上述配方配料；混料，按設計要求將配好的料倒入自動混料機，進行混料且混勻，混料時間在0.53分鐘，混料機轉速為2000±1000轉/分；壓制，將混勻後的原粉料加入模具型腔內，室溫或略加溫的條件下，(一般以20MPa/min的速度加壓)，表壓達到1050MPa/cm2，開始逐步放氣，然後保壓6士4分鐘，預製品成型；將壓制好的預製品，放入專用燒結爐內，按如下燒結工藝參數進行燒結以6±1小時緩慢均勻升溫至390±25C;並保溫4±1小時；並6±1小時從390i25CT緩慢均勻降至室溫。本發明工藝的改進還包括再經過二次退火處理，用以消除材料應力變形，溫度200°C±20°C，時間2±1小時。聚醚醚酮複合材料的製備方法採用注塑成型，其步驟如下乾燥，將聚醚醚酮顆粒狀原料進行乾燥，入空氣循環爐中15(TC士5'C烘23小時；注塑成型機的加料口溫度應該保持在7(TC100'C之間；澆口套的溫度控制在34(TC以上。本發明聚醚醚酮複合材料製作各種閥門密封件。聚醚醚酮複合材料密封件的應用密封件的骨架採用金屬件，外裹本發明所述複合材料l-3mm。本發明聚醚醚酮複合材料製作各種閥門密封件具備抗蠕變、耐腐蝕、耐溫、耐壓等特點，進一步提高了機械性能，尤其是提高耐壓和耐磨損的強度，同時降低成本10~20%，更有利於該材料的使用與推廣。尤其是完全滿足閥門和管道不洩漏的要求，對整機的可靠性、安全性起到非常重要的作用。要發明用金屬增強聚醚醚酮複合材料製作而成的閥座密封件，主要解決流體工程中的控制系統密封。本發明的長期使用溫度26(TC，耐水解性好，同時耐腐蝕、抗蠕變。完全可以滿足當前國際國內的閥門閥座密封件的需求。四圖1是本發明工藝過程框2是本發明燒結升溫曲線圖3是本發明另一燒結升溫曲線圖4是本發明密封件的截面結構示意圖五具體實施方式1、①配料在常溫下將多種原料先乾燥去溼處理，按配方要求進行自動稱量，配料結束檢驗合格後轉入混料。②混料將配好的料倒入高速混料機進行混料，混料時間12分鐘，轉速2000轉/分左右，一定要混料均勻。③壓制將混勻後原粉料倒入模具的模腔內，在常溫下，以20MPa/min的速度加壓成型，保壓壓力30MPa/min，保壓時間310分鐘。④燒結將預製品放入燒結爐燒結，燒結參數曲線見表一，讓製品達到結晶狀態，燒結完畢後，取出製品。本發明的工藝流程見圖1本發明納米材料增強改性聚醚醚酮密封件材料的主要性能(表1)表1:tableseeoriginaldocumentpage5實施例1:製作密封件195/0145X17尺寸產品30隻，總量10kg。1、原料配方聚醚醚酮粉7.5kg納米粒子1kg聚全氟乙丙烯或聚苯硫醚0.5kg玻璃纖維1kg(纖維直徑612um,長徑比在3:111:1)2、混合採用高速混料機混合，混合速度2000轉/分，混合時間2分鐘。3、如上述條件壓製成型，用氣體載熱燒結法燒結，燒結最高溫度380土1(TC，保溫3小時，升降溫速度50~80°C/H。4、二次退火處理，消除材料應力變形，溫度20(TC土2CrC，時間2小時。5、檢測尺寸後進行機加工。實施例2:採用炭纖維添加至2kg完全可以製成製品，並達到並超過上述實施例的性能。實施例3:密封件採用金屬骨架材料更好，可以節省本發明複合材料。降低成本。方法實施例，(一)模壓成型1、配料，聚醚醚酮6590份，玻璃纖維1030份，聚四氟乙烯210份，二硫化鉬510份，碳纖維1030份。以上比例為重量比。2、混料，按設計要求將配好的料倒入自動混料機，進行混料且混勻，混料時間在0.5~1分鐘，混料機轉速為2000轉/分。3、壓制，將混勻後的原粉料加入模具型腔內，室溫20土5'C條件下，以20MPa/min的速度加壓，表壓達到50MPa/cm2，開始逐步放氣，然後保壓6分鐘，預製品成型。4、將壓制好的預製品，放入專用燒結爐內，按下圖l燒結工藝參數進行燒結。5、將預成品燒結成品後，初步檢驗合格再由機械加工至所需的尺寸，最終檢驗合格出廠。(二)注塑成型1、乾燥，將聚醚醚酮顆粒狀原料進行乾燥，因為該料會吸收0.5份W/W大氣水分，導致注塑氣孔，為了獲得最佳效果，水分少於0.02wtn/。。方法將料放入空氣循環爐中15(TC士5。C烘23小時。2、料筒溫度注塑成型機的料筒相連的柱狀加熱器必須達到40(TC，為完成正確的料鬥加料，加料口溫度應該保持在70。C10(TC之間。3、噴嘴與閉鎖系統在正常的操作過程中，整個循環周期的大部分時間內料筒的噴嘴和澆口套都會相互接觸。澆口套的溫度明顯低於熔融物和噴嘴。如果溫度降到34(TC以下，料很快固化，因此需要將足夠大的加熱器安裝在噴嘴處，以防止降溫和產生"注塑冷料"。4、注射和鎖模力製品和流道在分型面上的投影面積，決定了在最大射出壓力下，防止模具之張開所需的鎖模力。典型值65140MPa。本發明注塑工藝方法與要求可參照其它熱塑性塑料。實施如圖4製作尺寸①18/$158X13.8圖4為本發明的產品結構示意圖該產品經過現場使用，效果很好，滿足了客戶要求。本產品達到的技術指標如下，見表2。表2tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1、聚醚醚酮複合材料，其特徵是由聚醚醚酮、納米粒子、填充材料、助劑材料組成，按重量計算，其組成如下聚醚醚酮粉75～95份、納米粒子5～10份、填充材料10～20份、助劑2～5份。2、由權利要求1所述的聚醚醚酮複合材料，其特徵是所述填充材料是玻璃纖維、碳纖維、石英粉、二硫化鉬或碳粉。3、由權利要求2所述的聚醚醚酮複合材料，其特徵是玻璃纖維或碳纖維添加石英粉、二硫化鉬或碳粉之一種、二種或兩種，所述比例均為重量比。4、由權利要求2所述的聚醚醚酮複合材料，其特徵是玻璃纖維或碳纖維混合填充。5、由權利要求2所述的聚醚醚酮複合材料，其特徵是所述助劑是聚全氟乙丙烯或聚苯硫醚。6、由權利要求2所述的聚醚醚酮複合材料，其特徵是納米無機粒子採用純的納米Si02、A1203、MgO或主要成份為Si02、A1203、MgO，且經過提純、乳化、離子交換、吸附及接枝的納米天然黏土。7、聚醚醚酮複合材料的製備方法，其特徵是採用模壓成型的方法按上述配方配料；混料，按設計要求將配好的料倒入自動混料機，進行混料且混勻，混料時間在0.5-3分鐘，混料機轉速為1000-3000轉/分；壓制，將混勻後的原粉料加入模具型腔內，室溫或略加溫的條件下，表壓達到1050MPa/cm2，開始逐步放氣，然後保壓2-10分鐘，預製品成型；將壓制好的預製品，放入專用燒結爐內，按如下燒結工藝參數進行燒結以5-7小時緩慢均勻升溫至390土25C。；並保溫3-5小時；並5-7小時從390士25CT緩慢均勻降至室溫。8、聚醚醚酮複合材料的製備方法，其特徵是聚醚醚酮複合材料的製備方法採用注塑成型，其步驟如下乾燥，將聚醚醚酮顆粒狀原料進行乾燥，入空氣循環爐中15(TC土5。C烘23小時；注塑成型機的加料口溫度應該保持在7(TC10(rC之間；澆口套的溫度控制在34(TC以上。9、由權利要求7或8所述的聚醚醚酮複合材料的製備方法，其特徵是經過二次退火處理，用以消除材料應力變形，溫度20(TC土2(TC，時間2土1小時。10、聚醚醚酮複合材料密封件的應用，密封件的骨架採用金屬件，外裹權利要求1至6之一所述的複合材料l-3mm。全文摘要聚醚醚酮複合材料，由聚醚醚酮、納米粒子、填充材料、助劑材料組成，按重量計算，其組成如下聚醚醚酮粉75～95份、納米粒子5～10份、填充材料10～20份、助劑2～5份。所述填充材料是玻璃纖維、碳纖維、石英粉、二硫化鉬或碳粉。採用模壓成型的方法按上述配方配料；混料，按設計要求將配好的料倒入自動混料機，進行混料且混勻，混料時間在0.5～3分鐘，壓制，將混勻後的原粉料加入模具型腔內成型，並用於密封材料製品，本發明製作各種閥門密封件具備抗蠕變、耐腐蝕、耐溫、耐壓等特點，提高耐壓和耐磨損的強度，同時降低成本10～20％或更高，更有利於該材料的使用與推廣。文檔編號C08L61/00GK101220196SQ20081001872公開日2008年7月16日申請日期2008年1月22日優先權日2008年1月22日發明者楊文光申請人:南京肯特複合材料有限公司