CN102875941B

CN102875941B - 一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料及其制备与应用

Info

Publication number: CN102875941B
Application number: CN201210362624.9A
Authority: CN
Inventors: 叶素娟; 向宇; 谭锋; 李国一
Original assignee: Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: CN102875941A

Abstract

本发明公开了一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料及其制备方法与应用，属于工程机械密封技术领域。该材料包括如下按重量份计的组分：35～79.9份聚四氟乙烯树脂、20～60份青铜粉和0.1～5份三氧化二铬。通过将聚四氟乙烯树脂、青铜粉和三氧化二铬高速机械混合均匀，进行模压加工、烧结，制得高耐磨工程油缸用聚四氟乙烯密封材料。该材料能应用于工程油缸，具有良好的抗挤出变形能力，优秀的抗磨损性能，很好的安装回弹性，使用寿命能大大提高。

Description

一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料及其制备与应用

技术领域

本发明属于工程机械密封技术领域，具体涉及一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚四氟乙烯作为一种优良的固体润滑材料，具有良好的耐化学腐蚀性，使用温度范围广（-190℃～260℃），良好的抗冲击能力，是密封制备的理想材料。但是由于其较高的磨损率，需提高其抗磨损能力，才合适用作动密封材料。提高抗磨损能力的做法是，添加玻璃纤维、碳纤维、青铜粉、金属粉末、云母、硫酸钡、二硫化钼、石墨等材料，材料可以单独加入也可复合添加。一般而言，添加青铜粉均会使得摩擦系数提高，一般会添加2%～10%石墨或者二硫化钼降低摩擦系数，但是二硫化钼和石墨均为层状结构，加入后会使得聚四氟乙烯复合材料强度降低。

中国发明专利申请（申请号：201110128256.7，申请日2011-5-18）公开了一种耐高温低蠕变的聚四氟乙烯复合材料，它是用焦磷酸型钛酸酯偶联剂表面涂层处理碳纤维后，再在350℃～450℃高温氧化5～20分钟后，按照碳纤维20%～30%含量改性聚四氟乙烯材料做耐高温低蠕变材料。该发明专利制得的聚四氟乙烯材料价格昂贵，且不适合应用于往复工况，同时由于纤维状容易损伤对磨件。

中国发明专利（申请号：03113558.7，申请日2003-01-14）公开了填充聚四氟乙烯摩擦环及其制造工艺和应用，其组成为成分及配比为：聚四氟乙烯：100；石墨：1～10；碳黑：20～50；玻璃纤维：0～30；二硫化钼：0-5；一种填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，包括混料、压制、烧结、机械加工等，所施加压力为40～70Mpa，加压速率为5～15mm/min，保压时间为5～40min。该专利材料容易损伤对磨材料，且不合适往复工况使用。

中国发明专利申请（申请号：200610047500.6，申请日2006-08-22）公开了含碳纤维填充聚四氟乙烯及其制造方法，它是由聚四氟乙烯为60～80%，碳纤维和碳粉之和为10～35%，填充剂含量不超过15%构成，其中，碳纤维：碳粉为1:0.5～1.5，所说的填充剂是石墨、玻璃纤维、二硫化钼、铜粉中的一种或者一种以上的组合，在常温下组合。该发明材料采用碳纤维填充，价格较为昂贵。

中国发明专利申请（申请号：200610042727.1，申请日2006-04-21）公开了聚四氟乙烯密封材料及其制备方法，以聚四氟乙烯悬浮树脂粉为基体材料，包括玻璃纤维、碳纤维、二硫化钼、玻璃纤维，以磁粉为填充剂，其各组分的重量百分比含量为：聚四氟乙烯60～80%，磁粉10～20%，碳纤维5～10%，二硫化钼5%，玻璃纤维1～5%，磁粉是钡铁氧体，或者是锶铁氧铁，或者是钴铁氧铁，或者是钕铁硼；按上述组分含量配好原料，充分混合，模压成形，其特征在于其压力控制在15～20Mpa，加热温度控制在360℃～380℃，保温5～10分钟，最后冷却至室温，即可得到密封圈。该发明材料为磁性密封，只适合于静止或运动速度较低的场合。

中国发明专利申请（申请号：200510094354.8，申请日2005-09-14）公开了低摩擦高耐磨的聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，属自润滑复合材料，该自润滑复合材料重量百分比为：二硫化钼1～10%，纳米氧化铝4%～20%，聚四氟乙烯70～95%。材料在80℃～120℃烘干3～4小时，高速混合，模压成型，然后370～390烧结，保温1～3小时，随炉冷却，得到发明材料。该发明材料使用的纳米氧化铝，在工业化批量操作时，存在难以分散的问题。

中国发明专利申请（申请号：02111929.5，申请日2002-12-25）公开了含有碳纳米管的聚四氟乙烯复合材料。按照体积百分比，碳纳米管在复合材料中的含量为1～40%。该发明的碳纳米管增强聚四氟乙烯复合材料具有极高的耐磨性。该发明专利材料容易对对磨材料造成损伤。

中国发明专利申请（申请号：200610038328.8，申请日2006-08-26）公开了高耐磨聚四氟乙烯改性材料及其制备方法。该发明材料是由聚四氟乙烯粉末压制成型、高温烧结并冷却后，经电子束或γ射线电离辐射而成，从而提高结晶度，细化晶粒，从而大大提高耐磨损性。该发明材料强度较低，不合适用于运动工况。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料。

本发明的另一目的在于提供上述高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，包括如下按重量份数计的组分：

聚四氟乙烯树脂 35～79.9份

青铜粉 20～60份

三氧化二铬 0.1～5份。

所述的高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料的磨损率≤12×10^-5mm³/N·m，磨损率由GB 3960-83塑料滑动摩擦磨损试验方法测试。

所述的聚四氟乙烯树脂优选为悬浮聚四氟乙烯树脂，粒径分布优选为15～70μm。

所述的青铜粉优选为铜、锡、锌和铅等金属的青铜合金，粒径优选为20～60μm；所述的青铜粉优选为铜含量为85～90wt%、锡含量为3～6wt%、锌含量为3～6wt%、铅含量为1～3wt%的青铜合金。

所述的三氧化二铬的重量份优选为0.5～3份。

优选的，所述的高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料还包括0～30重量份的无机填充材料；所述的无机填充材料优选为碳纤维、碳黑、玻璃纤维和矿物纤维中的至少一种。

上述高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将35～79.9重量份聚四氟乙烯树脂、20～60重量份青铜粉、0.1～5重量份三氧化二铬和0～30重量份无机填充材料在100～150℃下烘1～3小时。

（2）将上述材料混合均匀，模压成型。

（3）将成型的制品放入烧结箱内，按照10～50℃/小时的速率升温至330℃，保温1～3小时，按照10～50℃/小时继续升温至380℃，保温1～3小时；按照10～50℃/小时的速率降温至330℃，保温1～3小时，随炉自然冷却，即得到高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料。

步骤（2）中所述的混合均匀优选为将材料放入高速混料机以2000r/min的速度混料5min。

步骤（2）中所述的模压成型的条件优选为：成型压力为20～60MPa，保压时间为1～30分钟。

步骤（3）中所述的冷却优选为冷却至室温。

上述高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料可应用于油缸密封领域。

本发明作用的原理是：所添加的三氧化二铬作为减磨添加剂，青铜粉作为硬质支撑体，在摩擦过程中，促进摩擦化学，快速形成转移膜，形成聚四氟乙烯复合材料相互对磨形式，降低聚四氟乙烯材料与金属锋的真实接触。均匀厚实的转移膜有利于降低摩擦系数，提高抗磨损能力，从而延长产品的使用寿命。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明提供的高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，能应用于工程油缸，具有良好的抗挤出变形能力，优秀的抗磨损性能，很好的安装回弹性，使用寿命能大大提高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将745g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为25μm，大金氟化工中国有限公司，型号为M-18F），250g青铜粉（其中铜粉含量为85wt%，锡粉含量为6wt%，锌粉含量为6wt%，铅粉含量为3wt%；粒径为20μm），5g三氧化二铬（Cr₂O₃）在100℃烘箱内烘1小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r/min混料5min至混匀，模压成型，成型压力20Mpa，保压时间为1分钟。放入烧结箱，按照10℃/小时的速率升温至330℃，保温1小时，按照10℃/小时的速率继续升温至380℃，保温1小时。按照10℃/小时的速率降温至330℃，保温3小时，随炉自然冷却至室温，即得到高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

实施例2

将600g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为40μm，大金氟化工中国有限公司，型号为M-18），380g青铜粉（其中铜粉含量为90wt%，锡粉含量为3wt%，锌粉含量为3wt%，铅粉含量为1wt%；粒径为40μm），20g三氧化二铬（Cr₂O₃）在120℃烘箱内烘2小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r/min混料5min至混匀，模压成型，成型压力40Mpa，保压时间为30分钟。放入烧结箱，按照20℃/小时的速率升温至330℃，保温2小时，按照20℃/小时的速率继续升温至380℃，保温2小时。按照10℃/小时的速率降温至330℃，保温2小时，随炉自然冷却至室温，即得到高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

实施例3

将500g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为70μm，中昊晨光化工研究院，型号为CGM-16），450g青铜粉（其中铜粉含量为88wt%，锡粉含量为5wt%，锌粉含量为5wt%，铅粉含量为2wt%；粒径为60μm），50g三氧化二铬（Cr₂O₃）在150℃烘箱内烘3小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r/min混料5min至混匀，模压成型，成型压力60Mpa，保压时间为10分钟。放入烧结箱，按照50℃/小时的速率升温至330℃，保温1小时，按照50℃/小时的速率继续升温至380℃，保温3小时。按照30℃/小时的速率降温至330℃，保温1小时，随炉自然冷却至室温，即得到所高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

实施例4

将350g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为30μm，上海三爱富新材料股份有限公司，型号为FR101-1），600g青铜粉（其中铜粉含量为88wt%，锡粉含量为5wt%，锌粉含量为5wt%，铅粉含量为2wt%；粒径为20μm），50g三氧化二铬（Cr₂O₃）在135℃烘箱内烘3小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r/min混料5min至混匀，模压成型，成型压力20Mpa，保压时间为20分钟。放入烧结箱，按照40℃/小时的速率升温至330℃，保温1小时，按照40℃/小时的速率继续升温至380℃，保温1小时。按照50℃/小时的速率降温至330℃，保温1小时，随炉自然冷却至室温，即得到高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

实施例5

将600g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为15μm，山东东岳集团高分子材料有限公司，型号为DF-17A），380g青铜粉（其中铜粉含量为90wt%，锡粉含量为3wt%，锌粉含量为3wt%，铅粉含量为1wt%；粒径为40μm），50g碳纤维，20g三氧化二铬（Cr₂O₃）在120℃烘箱内烘2小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r/min混料5min至混匀，模压成型，成型压力40Mpa，保压时间为30分钟。放入烧结箱，按照20℃/小时的速率升温至330℃，保温2小时，按照20℃/小时的速率继续升温至380℃，保温2小时。按照10℃/小时的速率降温至330℃，保温2小时，随炉自然冷却至室温，即得到高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

实施例6（对比）

将600g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为40μm，大金氟化工中国有限公司，型号为M-18），400g青铜粉（其中铜粉含量为90wt%，锡粉含量为3wt%，锌粉含量为3wt%，铅粉含量为1wt%；粒径为40μm），在120℃烘箱内烘2小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r／min混料5min至混匀，模压成型，成型压力40Mpa，保压时间为30分钟。放入烧结箱，按照20℃/小时的速率升温至330℃，保温2小时，按照20℃/小时的速率继续升温至380℃，保温2小时。按照10℃/小时的速率降温至330℃，保温2小时，随炉自然冷却至室温，即得到聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

实施例7（对比）

将600g悬浮聚四氟乙烯树脂（粒径为25μm，3M公司dyneon，牌号为TF1750），350g青铜粉（其中铜粉含量为85wt%，锡粉含量为6wt%，锌粉含量为6wt%，铅粉含量为3wt%；粒径为20μm），50g二硫化钼（MoS2）在120℃烘箱内烘2小时，冷却至室温后，放入高速混料机2000r/min混料5min至混匀，模压成型，成型压力40Mpa，保压时间为30分钟。放入烧结箱，按照20℃/小时的速率升温至330℃，保温2小时，按照20℃/小时的速率继续升温至380℃，保温2小时。按照10℃/小时的速率降温至330℃，保温2小时，随炉自然冷却至室温，即得聚四氟乙烯密封材料，性能测试如表1所示。

表1不同实施例制得材料性能

拉伸强度采用GB/T 1040-92塑料拉伸性能试验方法测试；伸长率采用GB/T 1040-92塑料拉伸性能试验方法测试；摩擦系数和磨损率采用GB 3960-83塑料滑动摩擦磨损试验方法测试。

表1中实施例1～5为本发明材料，实施例6～7为对比实施例。从实验结果可知，本发明材料具有较低的磨损量，即有优异的抗磨损能力和良好的使用寿命。实施例2为本发明材料，实施例6为对比材料，不同处在于，本发明材料添加了三氧化二铬，从实验结果可知，本发明材料在保持良好力学性能同时，其磨损量降低，具有优异的抗磨损性能。实施例7为目前常用的添加青铜粉和二硫化钼的聚四氟乙烯复合材料，该材料力学性能较差，抗磨损性能一般。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料在工程油缸密封领域中的应用，其特征在于：所述的高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料，由如下按重量份计的组分组成：

聚四氟乙烯树脂 35～50份

青铜粉 45～60份

三氧化二铬 5份；

所述的高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料的磨损率≤6×10^-5mm³/N·m；

所述的高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将35～50重量份聚四氟乙烯、45～60重量份青铜粉、5重量份三氧化二铬在100～150℃下烘1～3小时；

(2)将上述材料混合均匀，模压成型；

(3)将成型的制品放入烧结箱内，按照10～50℃/小时的速率升温至330℃，保温1～3小时，按照10～50℃/小时继续升温至380℃，保温1～3小时；按照10～50℃/小时的速率降温至330℃，保温1～3小时，随炉自然冷却，即得到高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：

所述的聚四氟乙烯树脂为悬浮聚四氟乙烯树脂，粒径分布为15～70μm；所述的青铜粉为铜、锡、锌和铅的青铜合金，粒径为20～60μm。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：

所述的青铜粉为铜含量为85～90wt％、锡含量为3～6wt％、锌含量为3～6wt％、铅含量为1～3wt％的青铜合金。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：

步骤(2)中所述的混合均匀为将材料放入高速混料机以2000r/min的速度混料5min；

步骤(2)中所述的模压成型的条件为：成型压力为20～60MPa，保压时间为1～30分钟；

步骤(3)中所述的冷却为冷却至室温。