專利名稱：一種耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚四氟乙烯(PTFE)因具有優(yōu)異的高低溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性，成為化學(xué)、機械和航空航天等領(lǐng)域不可缺少的重要材料，其作為密封材料在國外是20世紀(jì)80年代投入工業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)于90年代起逐漸有部分企業(yè)生產(chǎn)純PTFE密封材料。隨著應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴大，傳統(tǒng)的純PTFE密封材料因其強度低、耐蠕變性能和耐磨損性能差等缺點，已難于滿足市場的要求，由此各種改性PTFE密封材料因應(yīng)而生。其中采用填充料改性PTFE制備成高強度、耐磨損、低蠕變優(yōu)異性能的密封材料是目前大家競相發(fā)展的方向。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?5102140.0申請日1995-03-11)公開了再生聚四氟乙烯制品及其生產(chǎn)方法，它是用聚四氟乙烯廢料粉與填充料按100 0—60的重量比混勻后經(jīng)加壓、加熱而成，填充料據(jù)制品不同可選用石墨和/或玻璃纖維和/或青銅粉和/ 或二硫化鉬和/或碳素纖維和/或滑石粉和/或石英粉。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?3113558.7申請日2003-01-14)公開了填充聚四氟乙烯摩擦環(huán)及其制造工藝和應(yīng)用，其組成成份及配比為聚四氟乙烯純料100;石墨1 10;碳黑20 50;玻璃纖維0 30; 二硫化鉬0 5;上述各組成比例為重量百分比。一種填充聚四氟乙烯摩擦環(huán)的制造工藝，包括混料、模壓、燒結(jié)、機械加工，所述模壓過程包括加料、加壓、保壓、卸壓、脫模步驟，所述施加的壓力為40 70MPii，加壓速率為5 15mm/min,保壓時間為5 40min。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?01010223769. 1申請日2010-07-12)公開了一種填充有碳纖維的聚四氟乙烯材料及其制造方法。所述的填充有碳纖維的聚四氟乙烯材料是由聚四氟乙烯和作為填充劑的碳纖維以100 10-30的重量比共混后經(jīng)擠壓及燒結(jié)而制成。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00610047500. 6申請日2006-08-22)公開了含碳纖維填充聚四氟乙烯及其制造方法，它是由聚四氟乙烯為60 80%、碳纖維和碳粉之和為 10 35%、填充劑為不超過15%構(gòu)成，其中，碳纖維碳粉為1 0. 5-1. 5，所說的填充劑是石墨、玻璃纖維、二硫化鉬、銅粉中的一種或一種以上的組合，在常溫下混合。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00610042727. 1申請日2006-04-21)公開了聚四氟乙烯密封圈材料及其制備方法，以聚四氟乙烯懸浮樹脂粉料為基體材料，包括玻璃纖維、碳纖維、二硫化鉬，玻璃纖維，以磁粉為填充劑，其各組分的重量百分比含量為聚四氟乙烯60 8096，磁粉10 20%’碳纖維5 1096，二硫化鉬596，玻璃纖維1 5%;磁粉是鋇鐵氧體，或者是鍶鐵氧鐵，或者是鈷鐵氧鐵，或者是釹鐵硼；按上述組分含量配好原料，充分混合，模壓成形，其特征在于其壓力控制在15 20MPii，加熱溫度控制在360°C 3800C，保溫5 10分鐘，最后冷卻至室溫即可得到密封圈。 由于密封材料的蠕變是導(dǎo)致密封系統(tǒng)產(chǎn)生泄漏的主要原因，申請人根據(jù)已有試驗資料(如下表所示)，從玻璃纖維、碳粉、碳纖維、石墨粉等中篩選出了具有高強度、耐磨損、 抗蠕變等優(yōu)異性能的碳纖維(CF)作為填充料，并通過研究發(fā)現(xiàn)在PTFE機體中填充耐熱性、 尺寸穩(wěn)定性較好的碳纖維可促進(jìn)其內(nèi)部纖維狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形成，減少載荷作用下晶格的滑移，降低材料的蠕變松弛率，提高材料的長期工作溫度和工作載荷。 填充改性PTFE密封材料的主要性能改善狀況
權(quán)利要求
1.一種耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)，其特征在于該密封環(huán)采用聚四氟乙烯和碳纖維經(jīng)過模壓成型、高溫?zé)Y(jié)和熱處理制備得到，所述的碳纖維采用焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑表面涂層處理后，再在350 450°C的高溫中氧化5 20min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)，其特征在于按重量百分比計碳纖維占總重量的20% 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)，其特征在于按重量百分比計碳纖維占總重量的24% 26%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料，其特征在于表面涂層處理方法為將焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑用酒精稀釋配制成溶液，焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑的重量百分比濃度為5% 15%，放入碳纖維，攪拌20 40min，放入干燥箱中 60 90°C下干燥3 5h，再在100 110°C下活化1 3h。
5.一種制備權(quán)利要求1或2或3所述的耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)的方法，其特征在于該方法包括以下的步驟(1)表面處理碳纖維采用焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑表面涂層處理后，再在350 450°C的高溫中氧化 5 20min ；(2)混合拌料改性后的碳纖維加入高速攪拌機，再加入聚四氟乙烯，攪拌10 15 min，攪拌后的混合物料過60目篩；(3)模壓成型將上述的混合料置于密封環(huán)模具中，在液壓機上以20 40MPa的壓力保壓8 15 min成型，得到改性PTFE密封環(huán)坯料；(4)高溫?zé)Y(jié)將坯料置于PTFE材料專用燒結(jié)爐中，以9(T110°C/h的速度升溫至320 340 °C，保溫1. 0 2. Oh ；再以35 45 V /h的速率緩慢加熱到370 380 V保溫 2. 5 4. Oh ；然后以30^380C /h的速率降溫至30(T330°C，保溫1. 0 2· 0 h ；最后以50^60°C / h的速率降溫到25(T270°C后隨爐冷卻；(5)熱處理采用熱模壓將已燒結(jié)的密封環(huán)在熱處理裝置中快速升溫到360°C 380°C，同時加壓力1 2MPa，然后快速投入水中冷卻，使制品以較快的速度通過結(jié)晶速率最大的溫度區(qū)域迅速冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)極其制備方法。一種耐高溫低蠕變的聚四氟乙烯復(fù)合材料密封環(huán)，該復(fù)合材料密封環(huán)采用聚四氟乙烯和碳纖維經(jīng)過模壓成型、高溫?zé)Y(jié)和熱處理制備得到，所述的碳纖維采用焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑表面涂層處理后，再在350～450℃的高溫中氧化5～20min。本發(fā)明大大提高了無機纖維與聚四氟乙烯樹脂間的界面結(jié)合能力，提高了改性密封材料的機械性能和耐蠕變性。
文檔編號B29C69/00GK102276950SQ201110128250
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者楊成剛, 楊根源 申請人:湖州松華橡塑有限公司