CN101717552A - 一种曲轴前后油封用ptfe复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曲轴前后油封用PTFE复合材料及其制备方法，属于汽车发动机曲轴油封材料技术领域。它解决了现有的油封复合材料因摩擦系数较大，对被磨件损伤大，制品机械强度不够高的问题。本曲轴前后油封用PTFE复合材料由以下质量百分比的成分组成：聚四氟乙烯：60％-80％；芳纶纤维：12％-25％；无机填料：5％-15％；其制备方法包括以下步骤：A、配料、混料；B、压制成型；C、烧结固化；D、后处理。本曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法工艺流程简单，工艺步骤较少；得到的PTFE复合材料冲击强度、拉伸强度、压缩强度、断裂伸长率和硬度等力学性能较好，并且摩擦因数低，润滑效果强，耐磨寿命长。

Description

一种曲轴前后油封用PTFE复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种PTFE材料及其制备方法，具体地说涉及一种曲轴前后油封用PTFE复合材料及其制备方法；属于汽车发动机曲轴油封材料技术领域。

背景技术

油封在汽车发动机曲轴上是用来封油的机械元件，它将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，不至于让润滑油渗漏。从油封的密封作用、特点、结构类型、工作状态和密封机理等可以分成多种形式和不同叫法，将旋转轴唇形密封圈叫油封。油封的常用材料有：丁腈橡胶，氟橡胶，硅橡胶，丙烯酸酯橡胶，聚氨酯，聚四氟乙烯(PTFE)等。选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质的相容性、对工作温度范围的适应性和唇缘对旋转轴高速旋转时的跟随能力。其中聚四氟乙烯(PTFE)为四氟乙烯单体的高结晶聚合物，是一种白色有蜡状感的热塑性塑料，其组成与结构决定了它具有耐高温、化学性质好、摩擦系数低、介电性好等优点，这些优点使其广泛用于减磨衬套、各种密封垫圈、阀座等。但与其它塑料相比，其机械性能不是很好；线膨胀系数较大；成型收缩率大，二次加工困难；硬度低，耐磨损性差；耐蠕变性差，易冷流。为了克服和改变PTFE的缺点、提高其综合性能，人们一直致力于对PTFE的改性研究。PTFE的改性方法主要有：表面改性、填充改性、共混改性等，其中，填充改性是一种简单有效的方法，既可保持其优点，又可利用复合效应，改善和克服纯PTFE的缺陷。

中国专利申请(公开号：CN1817961A)涉及一种聚四氟乙烯油封及其生产方法，它公开了一种聚四氟乙烯油封，该油封包含(重量百分比)聚四氟乙烯60-80％，玻璃纤维10-30％，二硫化铂5-10％，经过配料、混料、压制、烧结、片加工、表面处理、片粘接、硫化、整理而成。它以聚四氟乙烯为原料，采用无机填料玻璃纤维改性生产油封，虽然生产的油封在强度、耐磨性都有一定的提高，但由于无机填料与PTFE基体之间的相容性较差、亲合力较小，在基体中出现明显的界面，且不容易分散均匀，所以这类复合材料因摩擦系数较大，对被磨件损伤大，制品机械强度不够高而不能满足一些特殊的要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种耐摩擦损耗性能和力学性能较好的曲轴前后油封用PTFE复合材料。

本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现的：一种曲轴前后油封用PTFE复合材料，该复合材料由以下质量百分比的成分组成：

聚四氟乙烯：60％-80％；芳纶纤维：12％-25％；无机填料：5％-15％；所述的无机填料为石墨、二硫化钼、碳黑中的一种或多种。

本发明采用有机材料芳纶纤维，可以和聚四氟乙烯基体较好的相容，亲和力较大，且容易分散均匀，芳纶纤维的填入改善了PTFE复合材料的耐热性、抗蠕变性、弯曲和耐磨性。

芳纶纤维是芳香族聚酰胺纤维的简称，是溶致型液晶的一种，液晶聚合物在高温下熔融后具有极好的流动性，形成热迁移，这种热迁移的结果使液晶聚合物在PTFE基体内沿PTFE的空隙向四周迁移流动形成微纤。在与无机填料和聚四氟乙烯配伍合理及烧结温度适宜的情况下，这些微纤最终相互连接，在聚四氟乙烯基体内形成致密而均匀的立体网络，这些网络把聚四氟乙烯基体紧紧地包络起来，起到加固作用，极大地限制和阻止了PTFE复合材料的带状磨损，使PTFE复合材料的磨损变成了细小的粒子犁耕磨损，从而改善了PTFE复合材料的磨损形式和历程，提高了PTFE复合材料的耐磨损性能。

此外芳纶纤维结构中大分子链含刚性的苯环，因而形成的纤维含有高比例的伸直的刚性链，沿纤维轴向高度取向，分子堆砌密度大，因此具有高的拉伸模量和强度。

芳纶纤维非常柔软，可以升直、卷曲于聚四氟乙烯基体中，阻碍了裂纹扩展；并且当纤维从基体中断开拔出后，由于摩擦而使能量耗散，提高冲击韧性。

因此，芳纶纤维和无机填料合理配伍填充改性PTFE复合材料的综合性能相对于现有技术中玻璃纤维有很大的提高。

在上述的曲轴前后油封用PTFE复合材料中，该复合材料由以下优选质量百分比的成分组成：聚四氟乙烯：65％-75％；芳纶纤维：15％-20％；无机填料：8％-13％；所述的无机填料为石墨。进一步的优选，所述的复合材料由以下质量百分比的成分组成：聚四氟乙烯：70％；芳纶纤维：18％；石墨：12％。在聚四氟乙烯基体中添加合理配伍的芳纶纤维和石墨既可以保持较好的润滑效果又提高了PTFE复合材料耐磨性。聚四氟乙烯基体、芳纶纤维和石墨与曲轴的金属接触面可形成部分润滑膜，改善了磨损条件，减少了磨损量，从而有利于提高耐磨性。该复合材料既保持了聚四氟乙烯基体与芳纶纤维各自的自润滑、耐磨等特点，在一定质量百分配比的无机填料作用下，聚四氟乙烯基体和芳纶纤维在性能上相互补充，使承载能力提高，力学性能较好，摩擦因数降低，润滑效果增强，耐磨寿命延长。

本发明的另一个目的在于提供上述PTFE复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

A、配料、混料：按照质量百分配比称取聚四氟乙烯：60％-80％；芳纶纤维：12％-25％；无机填料：5％-15％加入到高速混合机中搅拌1-5分钟充分混料均匀；

B、压制成型：将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/min的速率加压至50-150MPa时，保压10-50min后，脱模得到预成型样品；

C、烧结固化：将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至350℃-400℃下烧结4-8h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出PTFE复合材料坯件；

D、后处理：将烧结固化后的PTFE复合材料经过磨饰加工、表面处理后即得PTFE复合材料制品。

在上述的曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法中，作为优选，步骤B中加压至100MPa，保压时间为30min。

在上述的曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法中，作为优选，步骤C中从室温升至365℃-375℃下烧结6h使预成型样品固化。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明采用有机芳纶纤维和无机填料改性聚四氟乙烯得到的PTFE复合材料不仅冲击强度、拉伸强度、压缩强度、断裂伸长率和硬度等力学性能较好，而且该PTFE复合材料摩擦因数较低，润滑效果强，耐磨寿命较长。

2、本发明曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法工艺流程简单，工艺步骤较少，不需要复杂的压制成型工艺和烧结固化工艺即可制得曲轴前后油封用PTFE复合材料。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。

表1：实施例1-5中PTFE复合材料中各组分的质量百分比

其中实施例1中所述的无机填料为石墨和碳黑，两者的重量比为6∶4；实施例2中所述的无机填料为二硫化钼；实施例3中所述的无机填料为石墨；实施例4中所述的无机填料为碳黑；实施例5中所述的无机填料为石墨、碳黑和二硫化钼，三者的重量比为5∶3∶2。

实施例1

按照表1中实施例1的质量百分配比称取聚四氟乙烯，芳纶纤维和无机填料加入到高速混合机中搅拌1-5分钟充分混料均匀；将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/min的速率加压至50MPa时，保压50min后，脱模得到预成型样品；将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至350℃下烧结8h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出PTFE复合材料坯件；将烧结固化后的PTFE复合材料坯件经过普通的磨饰加工、表面处理后即得到PTFE复合材料制品。

实施例2

按照表1中实施例2的质量百分配比称取聚四氟乙烯，芳纶纤维和无机填料加入到高速混合机中搅拌2-3分钟充分混料均匀；将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/min的速率加压至80MPa时，保压40min后，脱模得到预成型样品；将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至365℃下烧结6h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出PTFE复合材料坯件；将烧结固化后的PTFE复合材料坯件经过普通的磨饰加工，表面处理后即得到PTFE复合材料制品。

实施例3

按照表1中实施例3的质量百分配比称取聚四氟乙烯，芳纶纤维和无机填料加入到高速混合机中搅拌2-3分钟充分混料均匀；将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/min的速率加压至100MPa时，保压30min后，脱模得到预成型样品；将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至375℃下烧结6h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出PTFE复合材料坯件；将烧结固化后的PTFE复合材料坯件经过普通的磨饰加工，表面处理后即得到PTFE复合材料制品。

实施例4

按照表1中实施例4的质量百分配比称取聚四氟乙烯，芳纶纤维和无机填料加入到高速混合机中搅拌2-3分钟充分混料均匀；将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/min的速率加压至120MPa时，保压20min后，脱模得到预成型样品；将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至385℃下烧结4h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出PTFE复合材料坯件；将烧结固化后的PTFE复合材料坯件经过普通的磨饰加工，表面处理后即得到PTFE复合材料制品。

实施例5

按照表1中实施例5的质量百分配比称取聚四氟乙烯，芳纶纤维和无机填料，其它工艺同实施例3，不再赘述。

比较例1

比较例1为纯聚四氟乙烯材料。

比较例2

按照质量百分配比称取聚四氟乙烯70％，玻璃纤维18％和石墨12％加入到高速混合机中搅拌2-3分钟充分混料均匀；将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/min的速率加压至100MPa时，保压30min后，脱模得到预成型样品；将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至375℃下烧结6h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出PTFE复合材料坯件；将烧结固化后的PTFE复合材料坯件经过磨饰加工，表面处理后即得到PTFE复合材料制品。

随机抽取用本发明制备的PTFE复合材料，比较例1纯聚四氟乙烯材料和比较例2制备的PTFE复合材料制品测试样件，测试其冲击性能、拉伸性能、压缩性能和硬度等力学性能及摩擦磨损性能。结果如表2所示。

表2：三种不同的合材料制品性能数据比较

从表2可以看出：用本发明制备的PTFE复合材料不仅冲击强度、拉伸强度、压缩强度、断裂伸长率和硬度等力学性能较好，而且摩擦系数较低，润滑效果增强，耐磨寿命延长，非常适合应用于汽车发动机曲轴前后油封。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (5)

1.一种曲轴前后油封用PTFE复合材料，该复合材料由以下质量百分比的成分组成：

聚四氟乙烯：60％-80％；芳纶纤维：12％-25％；无机填料：5％-15％；所述的无机填料为石墨、二硫化钼、碳黑中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的曲轴前后油封用PTFE复合材料，该复合材料由以下质量百分比的成分组成：

聚四氟乙烯：65％-75％；芳纶纤维：15％-20％；无机填料：8％-13％；所述的无机填料为石墨。

3.一种曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

A、配料、混料：按照质量百分配比称取聚四氟乙烯：60％-80％；芳纶纤维：12％-25％；无机填料：5％-15％加入到高速混合机中搅拌1-5分钟充分混料均匀；

B、压制成型：将上述混料均匀的原料粉加入塑料液压成型机模具型腔内，在室温条件下，以3MPa/mi n的速率加压至50-150MPa时，保压10-50min后，脱模得到预成型样品；

C、烧结固化：将预成型样品放入电炉中以60℃/h升温速率，从室温升至350℃-400℃下烧结4-8h使其固化，然后温度随炉自然冷却至室温，取出油封坯件；

D、后处理：将烧结固化后的油封坯件经过磨饰加工、表面处理后即得到曲轴前后油封。

4.根据权利要求3所述的曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法，其特征在于：步骤B中加压至100MPa，保压时间为30min。

5.根据权利要求3或4所述的曲轴前后油封用PTFE复合材料的制备方法，其特征在于：步骤C中从室温升至365℃-375℃下烧结6h使预成型样品固化。