CN101665607B - 旋转轴密封材料及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
旋转轴密封材料及制作方法，它涉及一种密封材料及其制作方法。本发明解决了现有旋转轴密封材料耐高温性能差及在接触线速度过高时出现磨损率大的问题。本发明旋转轴密封材料由石墨、短切碳纤维和聚四氟乙烯制成，制作方法为：一、称取原料；二、将原料均匀混合后放入模具中冷压成型得到棒料；三、将棒料置于烧结炉中烧结，然后随炉冷却至室温即得到旋转轴密封材料。本发明的旋转轴密封材料是一种性能优良的旋转轴密封材料，耐高温性能好，最高可用于350℃，在高接触线速度的情况下具有磨损率小，且摩擦系数低、自身发热小。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封材料及其制作方法。
背景技术
目前，国内所使用的旋转轴密封材料主要为橡胶材料，但橡胶材料在200℃左右时，就会发生老化、硬化的现象，耐高温性能差，而在接触线速度为20m/s左右时，橡胶材料的磨损率便达到了1.0×10-7g/Nm以上，橡胶材料在接触线速度过高的情况下，接触表面温度急剧升高，出现老化、硬化、磨损加剧现象，在接触线速度过高时现有的旋转轴密封材料普遍存在磨损率大的问题。
发明内容
本发明为了解决现有旋转轴密封材料耐高温性能差及在接触线速度过高时出现磨损率大的问题，而提供了旋转轴密封材料及其制作方法。
本发明旋转轴密封材料按照重量份数比由1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯制成。
本发明旋转轴密封材料的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比称取1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯；二、将步骤一称取的原料放入搅拌机中混合均匀，将混合物放入模具中，在模具上施加70～80MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压10～15min；三、步骤二制作得到棒料放入烧结温度为370～400℃的烧结炉中，保温烧结时间为2～4h，然后将烧结炉内的温度降至300～330℃，保温0.5～1.5h，然后随炉冷却至室温，即得到旋转轴密封材料。
本发明以聚四氟乙烯为主要原料，聚四氟乙烯材料具有高度的热稳定性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀性、低弹性模量等优点，为了进一步增强密封材料的性能，本发明又填加了石墨和短切碳纤维。本发明的旋转轴密封材料具有耐高温性能好，在高接触线速度的情况下磨损率小、摩擦系数低、自身发热小，在温度为300～350℃、接触线速度v在40m/s＜v＜100m/s范围内时，本发明的旋转轴密封材料的磨损率小于1.0×10-8g/Nm；本发明的旋转轴密封材料的密度为2.1～2.3g/cm3，冲击强度为8.5kJ/m2左右，邵氏硬度达到了60HD以上，摩擦系数为0.15～0.25，本发明的旋转轴密封材料是一种性能优良的旋转轴密封材料，在高 速高温的条件下本发明的旋转轴密封材料的密封性能好，可有效的防治泄露现象。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式旋转轴密封材料按照重量份数比由1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯制成。
本实施方式中的短切碳纤维目数为200目，长径比为1∶3～1∶7，直径为7μm，强度为3500MPa。
本实施方式的旋转轴密封材料的密度为2.1～2.3g/cm3，冲击强度为8.5kJ/m2左右，邵氏硬度达到了60HD以上，摩擦系数为0.15～0.25；在温度为300～350℃、接触线速度v在40m/s＜v＜100m/s范围内时，本实施方式的旋转轴密封材料的磨损率小于1.0×10-8g/Nm。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是旋转轴密封材料按照重量份数比由5～15份的石墨、5～15份的短切碳纤维和70～90份的聚四氟乙烯制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是旋转轴密封材料按照重量份数比由10份的石墨、10份的短切碳纤维和80份的聚四氟乙烯制成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式的旋转轴密封材料的密度为2.1g/cm3，冲击强度为8.3kJ/m2，邵氏硬度为61HD1，摩擦系数为0.18；在温度为300～350℃，接触线速度大于40m/s时，本实施方式的旋转轴密封材料的磨损率为0.8×10-8g/Nm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是旋转轴密封材料按照重量份数比由12份的石墨、12份的短切碳纤维和86份的聚四氟乙烯制成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式的旋转轴密封材料的密度为2.2g/cm3，冲击强度为8.65kJ/m2，邵氏硬度为64HD，摩擦系数为0.21摩擦系数为0.25，邵氏硬度为60HD；在温度为300～350℃，接触线速度大于40m/s时，本实施方式的旋转轴密封材料的磨损率为0.9×10-8g/Nm。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是旋转轴密封材料按照重量份数比由15份的石墨、15份的短切碳纤维和70份的聚四氟乙烯制成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式的旋转轴密封材料的密度为2.1～2.3g/cm3，冲击强度为8.5kJ/m2左右，邵氏硬度达到了60HD以上，摩擦系数为0.15～0.25；在温度为300～350℃，接触线速度大于40m/s时，本实施方式的旋转轴密封材料的磨损率小于1.0×10-8g/Nm。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是石墨按照重量份数比由1～10份的鳞片石墨和1～10份的球形石墨组成。其它与具体实施方式一至五相同。
本实施方式中的球形石墨的平均粒径10～20μm。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是石墨按照重量份数比由5份的鳞片石墨和5份的球形石墨组成。其它与具体实施方式一至五相同。
本实施方式的旋转轴密封材料的密度为2.1～2.3g/cm3，冲击强度为8.5kJ/m2左右，邵氏硬度达到了60HD以上，摩擦系数为0.15～0.25；在温度为300～350℃，接触线速度大于40m/s时，本实施方式的旋转轴密封材料的磨损率小于1.0×10-8g/Nm。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是石墨按照重量份数比由6份的鳞片石墨和4份的球形石墨组成。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是石墨按照重量份数比由4份的鳞片石墨和6份的球形石墨组成。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式十：本实施方式旋转轴密封材料的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比称取1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯；二、将步骤一称取的原料放入搅拌机中混合均匀，将混合物放入模具中，在模具上施加70～80MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压10～15min；三、步骤二制作得到棒料放入烧结温度为370～400℃的烧结炉中，保温烧结时间为2～4h，然后将烧结炉降至结晶温度300～330℃，保温烧结时间为0.5～1.5h，然后随炉冷却至室温，即得到旋转轴密封材料。
本实施方式中的短切碳纤维目数为200目，长径比为1∶3～1∶7，直径为7μm，强度为3500MPa。
本实施方式制作得到的旋转轴密封材料的密度为2.1～2.3g/cm3，冲击强度为8.5kJ/m2左右，邵氏硬度达到了60HD以上，摩擦系数为0.15～0.25；在温度为300～350℃、接触线速度v在40m/s＜v＜100m/s范围内时，本实施方式制作得到的旋转轴密封材料的磨损率小于1.0×10-8g/Nm。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤一中按照重量份数比称取5～15份的石墨、5～15份的短切碳纤维和70～90份的聚四氟乙烯。其它步骤及参数与 具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤一中按照重量份数比称取10份的石墨、10份的短切碳纤维和80份的聚四氟乙烯。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤一中按照重量份数比称取12份的石墨、12份的短切碳纤维和86份的聚四氟乙烯制成。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤一中按照重量份数比称取15份的石墨、15份的短切碳纤维和70份的聚四氟乙烯制成。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十至十四不同的是步骤一中的石墨按照重量份数比由1～10份的鳞片石墨和1～10份的球形石墨组成。其它步骤及参数与具体实施方式十至十四相同。
本实施方式中的球形石墨的平均粒径10～20μm。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十至十四不同的是步骤一中的石墨按照重量份数比由4份的鳞片石墨和6份的球形石墨组成。其它步骤及参数与具体实施方式十至十四相同。
本实施方式中的球形石墨的平均粒径10～20μm。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十至十四不同的是步骤一中的石墨按照重量份数比由5份的鳞片石墨和5份的球形石墨组成。其它步骤及参数与具体实施方式十至十四相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十至十四不同的是步骤一中的石墨按照重量份数比由6份的鳞片石墨和4份的球形石墨组成。其它步骤及参数与具体实施方式十至十四相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十至十四不同的是步骤二中在模具上施加75MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压12min。其它步骤及参数与具体实施方式十至十四相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十九不同的是步骤三中棒料放入烧结温度为390℃的烧结炉中，保温烧结时间为3h，然后将烧结炉的温度降至320℃，保温1h。
其它步骤及参数与具体实施方式十九相同。
具体实施方式二十一：本实施方式旋转轴密封材料的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比5份的鳞片石墨、5份的球形石墨、5份的短切碳纤维和85份的聚四氟乙烯；二、将步骤一称取的原料放入搅拌机中混合均匀，将混合物放入模具中，在模具上施加75MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压12min；三、步骤二制作得到棒料放入烧结温度为370℃的烧结炉中，保温烧结时间为3h，然后将烧结炉降至结晶温度320℃，保温烧结时间为1h，然后随炉冷却至室温，即得到旋转轴密封材料。
本实施方式中的球形石墨的平均粒径10～20μm。
本实施方式中的短切碳纤维目数为200目，长径比为1∶3～1∶7，直径为7μm，强度为3500MPa。
本实施方式制作得到的旋转轴密封材料的密度为2.17g/cm3，冲击强度为8.75kJ/m2，摩擦系数为0.2，邵氏硬度为60HD；在温度为300～350℃、接触线速度v在40m/s＜v＜100m/s范围内时，本实施方式制作得到的旋转轴密封材料的磨损率小于1×10-8g/Nm。
Claims (9)
1.旋转轴密封材料，其特征在于旋转轴密封材料按照重量份数比由1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯制成；其中石墨按照重量份数比由1～10份的鳞片石墨和1～10份平均粒径为10～20μm的球形石墨组成；所述旋转轴密封材料按以下步骤制备：一、按照重量份数比称取1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯；二、将步骤一称取的原料放入搅拌机中混合均匀，将混合物放入模具中，在模具上施加70～80MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压10～15min；三、步骤二制作得到棒料放入烧结温度为370～400℃的烧结炉中，保温烧结时间为2～4h，然后将烧结炉内的温度降至300～330℃，保温0.5～1.5h，然后随炉冷却至室温，即得到旋转轴密封材料；其中步骤一中石墨按照重量份数比由1～10份的鳞片石墨和1～10份平均粒径为10～20μm的球形石墨组成。
2.根据权利要求1所述的旋转轴密封材料，其特征在于旋转轴密封材料按照重量份数比由5～15份的石墨、5～15份的短切碳纤维和70～90份的聚四氟乙烯制成。
3.根据权利要求1或2所述的旋转轴密封材料，其特征在于石墨按照重量份数比由5份的鳞片石墨和5份的球形石墨组成。
4.如权利要求1所述的旋转轴密封材料的制作方法，其特征在于旋转轴密封材料的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比称取1～20份的石墨、1～20份的短切碳纤维和60～98份的聚四氟乙烯；二、将步骤一称取的原料放入搅拌机中混合均匀，将混合物放入模具中，在模具上施加70～80MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压10～15min；三、步骤二制作得到棒料放入烧结温度为370～400℃的烧结炉中，保温烧结时间为2～4h，然后将烧结炉内的温度降至300～330℃，保温0.5～1.5h，然后随炉冷却至室温，即得到旋转轴密封材料；其中步骤一中石墨按照重量份数比由1～10份的鳞片石墨和1～10份平均粒径为10～20μm的球形石墨组成。
5.根据权利要求4所述的旋转轴密封材料的制作方法，其特征在于步骤一中按照重量份数比称取5～15份的石墨、5～15份的短切碳纤维和70～90份的聚四氟乙烯。
6.根据权利要求4或5所述的旋转轴密封材料的制作方法，其特征在于步骤一中的石墨按照重量份数比由1～2份的鳞片石墨和1～3份的球形石墨组成。
7.根据权利要求4或5所述的旋转轴密封材料的制作方法，其特征在于步骤二中在模具上施加75MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压12min。
8.根据权利要求7所述的旋转轴密封材料的制作方法，其特征在于步骤三中棒料放入烧结温度为390℃的烧结炉中，保温烧结时间为3h，然后将烧结炉的温度降至320℃，保温1h。
9.根据权利要求4所述的旋转轴密封材料的制作方法，其特征在于旋转轴密封材料的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比10份的石墨、5份的短切碳纤维和85份的聚四氟乙烯；二、将步骤一称取的原料放入搅拌机中混合均匀，将混合物放入模具中，在模具上施加75MPa的压力进行冷压成形得到棒料，保压12min；三、步骤二制作得到棒料放入烧结温度为370℃的烧结炉中，保温烧结时间为3h，然后将烧结炉温度降至320℃，保温1h，然后随炉冷却至室温，即得到旋转轴密封材料；其中步骤一中的石墨按照重量份数比由5份的鳞片石墨和5份平均粒径为10～20μm的球形石墨组成。
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