CN103467896B - 用于高中压阀门密封件的增强型聚四氟乙烯的制作方法 - Google Patents
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Abstract
用于高中压阀门密封件的增强型聚四氟乙烯的制作方法，工艺路线为：备料→干燥→混料→装模压实成型→烧结→机械加工→检验入库，各种成分的质量份数比：高强纳米碳纤维，0.5-1.5；二硫化钼粉，3-5；锡青铜粉，20-25；聚四氟乙烯粉，还可添加65-75；长3-5mm的增强玻纤，5-10；二氧化硅粉，10-15；石墨粉，1-2，此白刚玉粉，1-3、绿碳化硅粉,1-3，上述多种中的一种或多种，分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；本发明基体料为聚四氟乙烯，取材容易，价格便宜，成品中铜的质量百分比还不足1/4,极大的减少了铜的消耗；还减少了加工量，更主要的是减少了加工废料的数量；配料中加入的二硫化钼提高了坯料的耐磨性和自润滑性，这将极大的提高工件的密封能力和工作寿命；工件抗腐蚀，耐老化，不导电，对于有一定程度绝缘要求的工件来说，此种配料极为合适。
Description
技术领域
本发明涉及复合新材料，即一种用于高中压阀门密封件的增强型聚四氟乙烯的制作方法，通过给用作阀门密封件的聚四氟乙烯(PTFE)中添加所需的材料，用以改善聚四氟乙烯的使用性能，拓宽聚四氟乙烯的适用范围，从而达到在一定的使用条件下替代铜等金属密封件。
背景技术
通常对密封材料的要求有如下内容：有适当的机械强度和硬度、有良好的化学稳定性、摩擦力小、耐磨性好、与密封面结合的柔软性和弹性好、致密性好、不易泄漏介质、取材容易、加工制造方便、价格便宜等等。实践过程中没有哪一种材料能同时满足上述的要求，但可根据使用场合不同，对密封件的要求的侧重点不同来选用与之相适应的材料。对于阀门密封来说，仅从压力来分，可分为低压密封和中高压密封。低压密封的材料一般都比较软，密封面较宽，所以一般选用非金属材料如聚四氟乙烯、石墨、橡胶等，而中高压密封则选用材料硬，接触面窄的金属垫片如铜、铝、钢材等。
铜因其有较好的适应性能而被广泛用于中高压阀门中的密封垫圈、密封挡圈、阀芯等部位。但现实生活中对铜材的需求将面临诸多问题，首先铜作为一种用途较广的资源性材料随着多年的持续开采将存在枯竭可能，其次是随着开采、加工成本的上升会推高以铜为密封件的工件的成本。能开发出一种既取材容易，价格便宜又能代替铜件满足(或一定条件下满足)中高压阀门密封要求的复合材料是我们追求的目标。
发明内容
本配方是以聚四氟乙烯为基体，根据中高压阀门密封件的使用特点，添加所需的成份来提高其强度、硬度、密封性能、耐磨性能、散热性能等，这就是通常所说的增强型聚四氟乙烯。
这种用于高中压阀门密封件的增强型聚四氟乙烯的制作方法，工艺路线为：备料→干燥→混料→装模压实成型→烧结→机械加工→检验入库，其特征在于，具体步骤如下：
一、备料，质量份数比：高强纳米碳纤维，0.5-1.5；二硫化钼粉，3-5；锡青铜粉，20-25；聚四氟乙烯粉，65-75；
添加锡青铜粉及高强纳米碳纤维、锡青铜粉主要是克服聚四氟乙烯强度低，热膨胀系数大，耐磨性差等缺点，配料中加入的二硫化钼提高了坯料的耐磨性和自润滑性；
此外还可根据使用情况的需要增加：（按质量份数比）长3-5mm的增强玻纤，5-10；二氧化硅粉，10-15；石墨粉，1-2，上述三种的一种或多种，添加增强玻纤和二氧化硅粉用以增加强度，添加石墨粉用以增加弹性；
此外还可根据使用情况的需要增加：（按质量份数比）白刚玉粉，1-3、绿碳化硅粉,1-3，上述两种中的一种或多种，用以增加产品的强度；
填加增强玻纤、二氧化硅、石墨、白刚玉粉、绿碳化硅粉中的一种或多种时，还要添加分散剂，分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；
二、对各种原料进行干燥，使其含水量小于1%；
三、将各种原料充分拌和；
四、装入事先设计好的模具内压实成型，成型压力为20～35MPa；
五、烧制，烧结炉的升温过程为：从室温以1.2℃/分钟的速度升至180℃，保温15分钟后再以1.2℃/分钟的速度升至230℃，保温一小时，最后以1℃/分钟的速度升至380℃±5℃，保温30分钟，保温结束后直接空冷至室温，完成整个烧结过程，用此种工艺烧结出的坯料的密度为2.2～2.6g/cm3，拉伸强度为13-20MPa，断裂伸长率为170-200%；
六、通过外观、硬度、尺寸、平行度、同轴度、平面度检验，合格后包装、入库。
本发明的主要技术特点，决定增强型聚四氟乙烯性能的三要素为：分子量、结晶度和空隙率。前两项受烧结工艺的影响，而空隙率主要由加压成形的压力大小控制。由此可见，配方确定好后，烧制的工艺极为重要。
本发明工作的温度范围应限定在-60～250℃之内，工作的压力范围应不超出0～300MPa；其优点主要有：此种配方制成的增强型聚四氟乙烯坯料基体料为聚四氟乙烯，取材容易，价格便宜，成品中铜的质量百分比还不足1/4,极大的减少了铜的消耗；坯料被模压成所需的形状后可少加工或不加工便可使用，这减少了加工量，更主要的是减少了加工废料的数量；配料中加入的二硫化钼提高了坯料的耐磨性和自润滑性，这将极大的提高工件的密封能力和工作寿命；工件抗腐蚀，耐老化，不导电，对于有一定程度绝缘要求的工件来说，此种配料极为合适。
具体实施方式
实施例1：
一、备料，质量份数比：高强纳米碳纤维，1；二硫化钼粉，4；锡青铜粉，25；聚四氟乙烯粉，70；
二、对各种原料进行干燥，使其含水量小于1%；
三、将各种原料充分拌和；
四、装入事先设计好的模具内压实成型，成型压力为30MPa；
五、烧制，烧结炉的升温过程为：从室温以1.2℃/分钟的速度升至180℃，保温15分钟后再以1.2℃/分钟的速度升至230℃，保温一小时，最后以1℃/分钟的速度升至380℃±5℃，保温30分钟，保温结束后直接空冷至室温，完成整个烧结过程，用此种工艺烧结出的坯料的密度为2.2～2.6g/cm3，拉伸强度为13-15MPa，断裂伸长率为170-200%。。
六、通过外观、硬度、尺寸、平行度、同轴度、平面度检验，合格后包装、入库。
实施例2在原料中还增加了：长3-5mm的增强玻纤，5-10，分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；其余各项工艺步骤和实施例1相同。
实施例3在原料中还增加了：长3-5mm的增强玻纤，5-10；二氧化硅粉，10-15，分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；其余各项工艺步骤和实施例1相同。
实施例4在原料中还增加了：长3-5mm的增强玻纤， 5-10；二氧化硅粉10-15；石墨粉1-2；分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；其余各项工艺步骤和实施例1相同。
实施例5在原料中还增加了：长3-5mm的增强玻纤， 5-10；二氧化硅粉10-15；石墨粉1-2；白刚玉粉，1；分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；其余各项工艺步骤和实施例1相同。
实施例6在原料中还增加了：长3-5mm的增强玻纤， 5-10；二氧化硅粉10-15；石墨粉1-2；白刚玉粉，1；绿碳化硅粉，1；分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；其余各项工艺步骤和实施例1相同。
上述六个实施例的拉伸强度和断裂伸长率分别如下：
实施例1：拉伸强度为14MPa，断裂伸长率为190%；
实施例2：拉伸强度为16MPa，断裂伸长率为180%；
实施例3：拉伸强度为18MPa，断裂伸长率为170%；
实施例4：拉伸强度为19MPa，断裂伸长率为200%。
实施例5：拉伸强度为19MPa，断裂伸长率为190%。
实施例6：拉伸强度为19MPa，断裂伸长率为180%。
Claims (2)
1.用于高中压阀门密封件的增强型聚四氟乙烯的制作方法，工艺路线为：备料→干燥→混料→装模压实成型→烧结→机械加工→检验入库，其特征在于，具体步骤如下：
一、备料，质量份数比：高强纳米碳纤维，0.5-1.5；二硫化钼粉，3-5；锡青铜粉，20-25；聚四氟乙烯粉，65-75；
备料的各种原料中还添加有白刚玉粉，1-3、绿碳化硅粉,1-3，上述两种中的一种或两种；
还要添加分散剂，分散剂5040：重量为各种原料总重的1%；
二、对各种原料进行干燥，使其含水量小于1%；
三、将各种原料充分拌和；
四、装入事先设计好的模具内压实成型，成型压力为20～35MPa；
五、烧制，烧结炉的升温过程为：从室温以1.2℃/分钟的速度升至180℃，保温15分钟后再以1.2℃/分钟的速度升至230℃，保温一小时，最后以1℃/分钟的速度升至380℃±5℃，保温30分钟，保温结束后直接空冷至室温，完成整个烧结过程，用此种工艺烧结出的坯料的密度为2.2～2.6g/cm3，拉伸强度为13-20MPa，断裂伸长率为170-200%；
六、通过外观、硬度、尺寸、平行度、同轴度、平面度检验，合格后包装、入库。
2.根据权利要求1所述的用于高中压阀门密封件的增强型聚四氟乙烯的制作方法，其特征在于，按质量份数比，备料的各种原料中还添加有长3-5mm的增强玻纤，5-10；二氧化硅粉，10-15；石墨粉，1-2；中的一种或多种；填加增强玻纤、二氧化硅、石墨中的一种或多种时，还要添加分散剂，分散剂5040：重量为各种原料总重的1%。
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