CN108003521A - Ptfe复合材料及由其制成的活塞环 - Google Patents
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Abstract
一种PTFE复合材料，由包括PTFE、聚酰亚胺(PI)、铜粉、和纤维填料在内的原料经过干混、冷压、烧结和定型而制成。通过本发明所描述的方法制备的PTFE复合材料，具有很好过抗高温高压耐磨性能，可广泛应用于耐高温高压的动态作业工况中，并获得较长的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及包含聚四氟乙烯（PTFE）的复合材料。同时，本发明还涉及空气压缩机领域特别是其中的密封件。
背景技术
在空气压缩机领域中，活塞环是用于嵌入活塞沟槽内部的环状部件，在空气压缩机中起封气保压的作用。活塞环的制造材料需要具有很好的耐磨性及弹性。而在高压及存在偏载的空气压缩机中，对活塞环材料的耐磨性及高温抗压性能要求更为苛刻。
目前，诸如活塞环的高压无油润滑耐磨塑料件主要采用具有自润滑的PTFE作为制作材料。虽然PTFE具有自润滑性能，但由于动态摩擦过程中产生的高温及高压，会导致PTFE件的粘着脱落及挤压变形，导致零件使用寿命较短。
此外，现有技术中单纯的电镀、气体氮化、表面涂层及锌锰系磷化处理等表面处理方法不足以解决活塞环在该工况下的高耐磨高寿命的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐高温高压、抗蠕变、耐磨的气密性良好的PTFE自润滑复合材料，解决现有PTFE复合材料抗负载能力或耐磨能力差等技术问题。
在本发明的第一个方面，提供了一种PTFE复合材料，由包括PTFE、聚酰亚胺（PI）、铜粉、和纤维填料在内的原料经过干混、冷压、烧结和定型而制成。
优选地，PTFE复合材料的组分和重量份数分别为：PTFE 45～85份、烧结型PI 5～20份、微米级铜粉5～40份、纤维填料0～20份。
更优选地，PTFE复合材料的组分和重量份数分别为：PTFE 50～80份、烧结型PI 7～18份、微米级铜粉5～30份、纤维填料0～18份。
根据本发明的一个变化实施方式，PTFE复合材料的原料还包括硅填料和石墨。
优选地，PTFE复合材料的组分和重量份数分别为：PTFE 45～85份、烧结型PI 5～20份、微米级铜粉5～40份、硅填料0-8份、纤维填料0～20份、石墨0～3份。
更优选地，PTFE复合材料的组分和重量份数分别为：PTFE 50～80份、烧结型PI 7～18份、微米级铜粉5～30份、硅填料0-5份、纤维填料0～18份、石墨0～2份。
在一个具体实施方式中，PTFE为平均粒径1μm～100μm的悬浮聚合树脂粉末。
在另一个具体实施方式中，烧结型PI为平均粒径1μm～100μm的黄色PI粉末。
在另一个具体实施方式中，微米级铜粉平均粒径为10μm～100μm。
在另一个具体实施方式中，硅填料为SiO2、SiN和SiC中的至少一种。
在另一个具体实施方式中，纤维填料为玻璃纤维和碳纤维中的一种或两种。玻璃纤维和/或碳纤维的长径比为16：1～5：1、直径为8～12μm。
在另一个具体实施方式中，石墨的平均粒径小于45μm。
根据本发明的另一个方面，提供了一种活塞环，该活塞环由PTFE复合材料构成，该PTFE复合材料的组分和重量份数分别为PTFE 50～70份、烧结型PI 5～15份、铜粉5～30份、碳纤维7～18份、硅填料2～5份、石墨0～2份。
在一个具体实施方式中，PTFE为平均粒径1μm～100μm的悬浮聚合树脂粉末。
在另一个具体实施方式中，烧结型PI为平均粒径1μm～100μm的黄色PI粉末。
在另一个具体实施方式中，微米级铜粉平均粒径为10μm～100μm。
在另一个具体实施方式中，硅填料为SiO2、SiN和SiC中的至少一种。
在另一个具体实施方式中，碳纤维的长径比为16：1～5：1、直径为8～12μm。
在另一个具体实施方式中，石墨的平均粒径小于45μm。
因此，本发明相对于现有技术而言提供了关于材料特性方面的诸多优点。通过在纯PI/PTFE复合体系中添加铜粉，增加了材料的抗负载能力，材料在高压下的磨损量较少二分之一，延长了产品的使用寿命。而在纯PTFE/PI复合体系中添加玻璃纤维填料，提高了材料高温下的耐磨性及抗负载能力，材料可应用于更高的工作温度。在PTFE/铜粉/二硫化钼（MoS2）体系增加PI组分，很大程度上提高了材料的耐磨性能，也延长了产品使用寿命。通过本发明所描述的方法制备的PTFE复合材料，具有很好过抗高温高压耐磨性能，可广泛应用于耐高温高压的动态作业工况中，并获得较长的寿命。
而具体到使用本发明的PTFE复合材料所制成的活塞环，由于利用了碳纤维的高温耐磨性及高强度特性，提高了PTFE/PI/铜粉活塞环的抗负载能力及耐磨性，材料可应用于200℃的空气压缩机。另外，由于利用了硅填料的抗磨性，提高活塞环高温下高压下的抗磨损脱落特性，从而提高活塞环的使用寿命。采用本发明所描述的方法获得的活塞环，具有很好过抗高温高压耐磨性能，可应用于高温200℃，气压1.5MPa的偏载空气压缩机，并获得较长的寿命。
具体实施方式
本发明的实施例使用了PTFE混合不同的无机填料、有机填料及纤维增强填料从而提供材料的抗高温高压耐磨性能。从以下的叙述可以轻易得知本发明的各个实施例所提供的其它不同的好处和优点。
下面结合实施例对本发明做进一步详述。在制备基于这些实施例的PTFE复合材料时，使用的方法包括将构成PTFE复合材料的所有原料按照一定的重量百分比首先进行干混，使得几种不同的粉料均匀混合。然后，将干燥后的粉末放入模具中，在一定的压力下成型，得到冷压后的中间品。随后，将冷压中间品放入烧结箱中，以高温烧结一定时间，得到烧结中间品。最后，将烧结中间品进行定型，从而得到PTFE复合材料。这样的制备工艺是本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。
第一组实施例
实施例1
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 52份，烧结型PI 18份，微米级铜粉30份。
实施例2
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 63份，烧结型PI 15份，微米级铜粉15份，玻璃纤维7份。
实施例3
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 70份，烧结型PI 7份，微米级铜粉5份，玻璃纤维18份。
实施例4
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 78份，烧结型PI 8份，微米级铜粉8份，玻璃纤维6份。
对比例1
一种对比PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 51份，微米级铜粉45份，MoS2 4份。
对比例2
一种对比PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 82份，烧结型PI 18份。
根据上述的不同实施例和对比例的组份及重量配比所获得的PTFE材料性能测试结果如下表：
第二组实施例
实施例1
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 52份，烧结型PI 18份，微米级铜粉30份。
实施例2
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 61份，烧结型PI 15份，微米级铜粉15份，玻璃纤维7份，石墨2份。
实施例3
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 68份，烧结型PI 7份，微米级铜粉5份，碳纤维18份，石墨2份。
实施例4
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 78份，烧结型PI 7份，微米级铜粉8份，SiC 2份，玻璃纤维5份。
实施例5
一种高温耐磨PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 65份，烧结型PI 13份，微米级铜粉6份，碳纤维10份，SiN 5份，石墨1份。
对比例1
一种对比PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 51份，微米级铜粉45份，MoS2 4份。
对比例2
一种对比PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 82份，烧结型PI 18份。
根据上述的不同实施例和对比例的组份及重量配比所获得的PTFE材料性能测试结果如下表：
第三组实施例
在这组实施例中，使用了具有特定的组份和重量百分比的PTFE复合材料制成的空气压缩机的活塞环。这些PTFE复合材料的机械特性在以下进行比较。
实施例1
一种高温高压耐磨活塞环，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 68份，烧结型PI5份，微米级铜粉5份，碳纤维17份，SiO2 3份，石墨2份。
实施例2
一种高温高压耐磨活塞环，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 52份，烧结型PI9份，微米级铜粉30份，碳纤维7份，SiC 3份。
实施例3
一种高温高压耐磨活塞环，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 60份，烧结型PI14份，微米级铜粉10份，碳纤维10份，SiN 5份，石墨1份。
对比例1
一种对比PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 51份，微米级铜粉45份，MoS2。
对比例2
一种对比PTFE复合材料，其化学组分及重量百分含量为：PTFE 82份，烧结型PI 18份。
材料性能测试结果如下表：
因此，在介绍了几个实施例之后，本领域的技术人员可以认识到，不同的改动、另外的结构、等同物，都可以被使用而不会背离本发明的本质。相应的，以上的描述不应该被视为对如以下的权利要求所确定的本发明范围的限制。
Claims (19)
1.一种PTFE复合材料，其特征在于该PTFE复合材料由包括PTFE、PI、铜粉、和纤维填料在内的原料经过干混、冷压、烧结和定型而制成。
2.根据权利要求1所述的PTFE复合材料，其组分和重量份数分别为：PTFE 45～85份、烧结型PI 5～20份、微米级铜粉5～40份、纤维填料0～20份。
3.根据权利要求2所述的PTFE复合材料，其组分和重量份数分别为：PTFE 50～80份、烧结型PI 7～18份、微米级铜粉5～30份、纤维填料0～18份。
4.根据权利要求1所述的PTFE复合材料，其中所述原料还包括硅填料和石墨。
5.根据权利要求4所述的PTFE复合材料，其组分和重量份数分别为：PTFE 45～85份、烧结型PI 5～20份、微米级铜粉5～40份、硅填料0-8份、纤维填料0～20份、石墨0～3份。
6.根据权利要求5所述的PTFE复合材料，其组分和重量份数分别为：PTFE 50～80份、烧结型PI 7～18份、微米级铜粉5～30份、硅填料0-5份、纤维填料0～18份、石墨0～2份。
7.根据上述任意一条权利要求所述的PTFE复合材料，其特征在于，所述PTFE为平均粒径1μm～100μm的悬浮聚合树脂粉末。
8.根据权利要求1-6中任意一条所述的PTFE复合材料，其特征在于，所述烧结型PI为平均粒径1μm～100μm的黄色PI粉末。
9.根据权利要求1-6中任意一条所述的PTFE复合材料，其特征在于，所述微米级铜粉平均粒径为10μm～100μm。
10.根据权利要求4-6中任意一条所述的PTFE复合材料，其特征在于，所述硅填料为SiO2、SiN和SiC中的至少一种。
11.根据权利要求1-6中任意一条所述的PTFE复合材料，其特征在于，所述纤维填料为玻璃纤维和碳纤维中的一种或两种；所述玻璃纤维和/或碳纤维的长径比为16：1～5：1、直径为8～12μm。
12.根据权利要求4-6中任意一条所述的PTFE复合材料，其特征在于，所述石墨的平均粒径小于45μm。
13.一种活塞环，其特征在于：该活塞环由PTFE复合材料构成，该PTFE复合材料的组分和重量份数分别为PTFE 50～70份、烧结型PI 5～15份、铜粉5～30份、碳纤维7～18份、硅填料2～5份、石墨0～2份。
14.根据权利要求13所述的活塞环，其特征在于，所述PTFE为平均粒径1μm～100μm的悬浮聚合树脂粉末。
15.根据权利要求13所述的活塞环，其特征在于，所述烧结型PI为平均粒径1μm～100μm的黄色PI粉末。
16.根据权利要求13所述的活塞环，其特征在于，所述微米级铜粉的平均粒径为10μm～100μm。
17.根据权利要求13所述的活塞环，其特征在于，所述硅填料为SiO2、SiN和SiC中的至少一种。
18.根据权利要求13所述的活塞环，其特征在于，所述碳纤维的长径比为16：1～5：1、直径为8～12μm。
19.根据权利要求13所述的活塞环，其特征在于，所述石墨的平均粒径小于45μm。
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2016
- 2016-11-02 CN CN201610944443.5A patent/CN108003521A/zh active Pending
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