CN106751443A - 金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料及制备方法和应用 - Google Patents

金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料及制备方法和应用。该金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料，包括耐腐蚀耐摩擦复合材料和金属嵌件，所述耐腐蚀耐摩擦复合材料包括聚醚醚酮70‑95wt％，碳纤维5‑30wt％，微粉2‑10wt％，石墨2‑5wt％；所述金属嵌件为钢、铸铁或铜等。本发明复合材料以聚醚醚酮树脂为基体，具有优异的耐摩擦性、耐腐蚀性能、耐高温性能，使用寿命长，特别适用于腐蚀性气液体输送泵中使用。本发明衬塑材料耐腐蚀性能、耐摩擦性能和高温性能优异，日常维护维修量小，极大的降低的设备成本。本发明产品采用注塑一次成型加工而成，制造工艺采用传统注塑工艺，生产效率高，可大批量生产。将本发明应用于真空泵的过流部件上效果更加显著。

Description

金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料及制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料成型技术领域，特别是涉及金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料及制作方法。
背景技术
聚醚醚酮树脂(PEEK)具有耐热等级高、耐辐射、冲击强度高、耐摩擦、热稳定性好、耐疲劳性好、电性能优异、耐腐蚀等优点，自商品化以来，已经在航空航天、汽车、电子电器、石油化工、机械和医疗等领域获得了广泛的应用。
工业生产中，很多领域的设备都会接触到腐蚀性(气体、液体)介质，直接影响到设备或相关部件的使用寿命。如水环式真空泵、旋片式真空泵、滑阀式真空泵、罗茨真空泵等。在石油、化工、制药、食品、造纸等行业生产过程中会产生大量含有水蒸汽的腐蚀性气体，这些气体对设备的腐蚀性强，现有的铸铁或钢质真空泵不耐腐蚀不耐磨，真空泵在运转中出现被腐蚀，磨损严重，导致无法长期、稳定的保证系统的真空度，运行寿命短，用户承担综合运行成本过高，给连续化生产带来极大不便。
近年来，金属衬塑制品工艺一直都在应用，包括注塑过程中加入金属嵌件、塑料进行金属嵌件加热压入等工艺。由于金属件与塑料的结合形式多种多样，目前的金属衬塑件在成型或加工过程中经常出现金属与塑料结合面容易脱落的问题，极大的缩短了结合件的使用寿命，同时也限制了金属衬塑件的应用领域。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料及制备方法，发明人针对PEEK及其复合材料的塑钢结合工艺进行研究，总结出PEEK及其复合材料与金属件结合的工艺标准，更重要的是这种复合材料耐高温，长期使用温度在260℃腐蚀性强的液体中都没有质量问题。该复合材料的制备方法解决了腐蚀性气液体输送过程中对输送泵等的损坏及金属表面与塑料结合面容易出现脱落的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚醚酮、微粉、石墨加入到高速混合机中混合，通过加料口进入双螺杆挤出机，通过侧喂料口加入碳纤维挤出造粒、干燥处理后备用；
(2)将金属嵌件进行预热处理，使金属嵌件表面温度达到200℃以上；
(3)将预热处理后的金属嵌件放入模具中，将注塑机升温使步骤(1)所得复合材料充分熔融，进行注射、保压、冷却、脱模即得产品。
进一步的，所述步骤(1)中高速混合机温度50-80℃，高速混合10-20分钟。
进一步的，所述步骤(2)中所述预热处理具体步骤为：将金属嵌件放入高温烘箱内进行加热，通过高温烘箱的温度设定及实测温度监控，对金属嵌件温度进行控制，使金属嵌件表面温度达到200-240℃。
进一步的，步骤(3)中注塑压力为30-120MPa，注塑机温度为350-380℃，保压压力为50-120MPa，保压时间为5-20s，冷却时间200-300s。
进一步的，注塑成型前，还包括将金属嵌件进行均匀燕尾槽和孔加工，并进行清理处理，保证表面光洁干净、无油污、金属屑杂质。在注塑成型前，需要将金属嵌件表面清理干净，把金属嵌件放入高温烘箱内进行加热，通过高温烘箱的温度设定及实测温度检测，来对烘箱中的金属嵌件温度进行控制，使金属嵌件表面温度达到200-240℃；当预热后的金属嵌件放入模具中进行注塑时，注塑机温度为350-380℃，然后再采用本领域常规的注塑成型工艺制备得到产品。
本发明另一个目的是请求保护金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料，包括耐腐蚀耐摩擦复合材料和金属嵌件，所述耐腐蚀耐摩擦复合材料包括聚醚醚酮70-95wt％，碳纤维5-30wt％，微粉2-10wt％，石墨2-5wt％；所述金属嵌件为钢、铸铁或铜等。
进一步的，聚醚醚酮为粉末状封端聚醚醚酮。
进一步的，碳纤维为长纤维，石墨为烧结电极石墨粉，微粉为800目细微粉。
本发明第三个目的是请求保护上述金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料在真空泵上的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明耐腐蚀耐摩擦材料以聚醚醚酮树脂为基体，具有优异的耐摩擦性、耐腐蚀性能、耐高温性能，使用寿命长，特别适用于腐蚀性气液体输送泵中使用。本发明的制备方法解决了金属件与塑料成型结合后，冷却至室温时，由于结合面内应力过大易分离的问题。聚醚醚酮与金属件复合性能优异，复合材料与金属附着力大，不会出现脱层现象，机械强度高。由于衬塑材料耐腐蚀性能、耐摩擦性能和高温性能优异，日常维护维修量小，极大的降低的设备成本。本发明产品采用注塑一次成型加工而成，制造工艺采用传统注塑工艺，生产效率高，可大批量生产。将本发明应用于真空泵的过流部件上效果更加显著。
附图说明
图1为实施例1所衬塑的转子组件；
图2A为实施例2所衬塑的衬塑叶轮剖视图；
图2B为实施例2所衬塑的衬塑叶轮主视图；
图3为实施例3所衬塑的罗茨真空泵泵体。
其中，1、3、5为金属件，2、4、6为塑料复合耐腐蚀材料。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下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下述实施例的限制。
实施例1
进行转子组件衬塑复合耐腐蚀耐摩擦材料制备，采用重量百分比为：聚醚醚酮70％，碳纤维25％，微粉3％，石墨2％；其中将聚醚醚酮、微粉、石墨，放入搅拌机中在温度60℃，高速混合10分钟；将混合料通过加料口喂料，开起双螺杆挤出机，通过侧喂料口加入碳纤维挤出造粒，干燥处理后备用；注塑成型前，将转子金属件表面清洗干净，把金属件放入烘箱设定温度为230℃，时间30分钟，注塑机升温至350-380℃，使复合材料熔融成熔体；把金属件放入模具中，注塑压力为110MPa，保压压力为100MPa，保压时间为5s，冷却时间200s，取出即可得到衬塑转子组件。
经上述工艺制备的复合材料使用温度为-60～250℃，主要摩擦磨损性能为：摩擦系数为0.07～0.10磨损率为0.2～0.8×10-6mm3/N·m，耐腐蚀性A级。
实施例2
如实施例1中，将金属件换成轮毂，进行注塑成衬塑叶轮，金属件加热到230℃，放入到模具中，注塑压力为120MPa，保压压力为120MPa，保压时间为10s，冷却时间300s，取出即可得到衬塑叶轮，耐腐蚀性A级。
实施例3
进行罗茨真空泵隔板衬塑复合耐腐蚀耐摩擦材料制备，采用重量百分比为：聚醚醚酮75％，碳纤维20％，微粉4％，石墨1％；其中将聚醚醚酮、微粉、石墨，放入搅拌机中在温度60℃，高速混合10分钟；将混合料通过加料口喂料，开起双螺杆挤出机，通过侧喂料口加入碳纤维挤出造粒，干燥处理后备用；注塑成型前，将转子金属件表面清洗干净，把金属件放入烘箱设定温度为230℃，时间30分钟，注塑机升温至350℃-380℃，使复合材料熔融成熔体；把金属件放入模具中，注塑压力为100MPa，保压压力为100MPa，保压时间为5s，冷却时间200s，取出即可得到衬塑隔板。
经上述工艺制备的复合材料使用温度为-50～250℃，主要摩擦磨损性能为：摩擦系数为0.08～0.12磨损率为0.2～0.6×10-6mm3/N·m，耐腐蚀性A级。

Claims (9)

1.一种金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚醚醚酮、微粉、石墨加入到高速混合机中混合，通过加料口进入双螺杆挤出机，通过侧喂料口加入碳纤维挤出造粒、干燥处理后备用；
(2)将金属嵌件进行预热处理，使金属嵌件表面温度达到200℃以上；
(3)将预热处理后的金属嵌件放入模具中，将注塑机升温使步骤(1)所得复合材料充分熔融，进行注射、保压、冷却、脱模即得产品。
2.根据权利要求1所述的一种金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中高速混合机温度50-80℃，高速混合10-20分钟。
3.根据权利要求1所述的一种金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述预热处理具体步骤为：将金属嵌件放入高温烘箱内进行加热，通过高温烘箱的温度设定及实测温度监控，对金属嵌件温度进行控制，使金属嵌件表面温度达到200-240℃。
4.根据权利要求1所述的一种金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中注塑压力为30-120MPa，注塑机温度为350-380℃，保压压力为50-120MPa，保压时间为5-20s，冷却时间200-300s。
5.根据权利要求1所述的一种金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料的制备方法，其特征在于，注塑成型前，还包括将金属嵌件进行均匀燕尾槽和孔加工，并进行清理处理，保证表面光洁干净、无油污、金属屑杂质。
6.金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料，其特征在于，包括耐腐蚀耐摩擦复合材料和金属嵌件，所述耐腐蚀耐摩擦复合材料包括聚醚醚酮70-95wt％，碳纤维5-30wt％，微粉2-10wt％，石墨2-5wt％。
7.根据权利要求6所述的金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料，其特征在于，聚醚醚酮为粉末状封端聚醚醚酮。
8.根据权利要求6所述的金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料，其特征在于，碳纤维为长纤维，石墨为烧结电极石墨粉，微粉为800目细微粉。
9.一种如权利要求6所述的金属衬塑耐腐蚀耐摩擦复合材料在真空泵上的应用。
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