CN109593307A - Ptfe复合活塞环及其制备方法 - Google Patents

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孙克原
王孝刚
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林丰
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陈佩民
徐小曼
刘雪梅
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Abstract

本发明公开了一种PTFE复合活塞环，其特征在于：该活塞环由PTFE复合材料构成，PTFE复合材料按质量百分比由以下组分构成：PTFE：76‑85%，PI：15‑24%。并公开了其制备方法。聚酰亚胺PI是一类具有十分稳定的芳杂环结构单元的耐热性高分子材料，具有突出的热稳定性，玻璃化温度Tg在260℃以上，可承受250~400℃的高温，优良的机械性能、抗辐射性能以及耐溶剂性能，并且在高温，高低压和高速等极端环境中具有很好的摩擦磨损性能。PI加入PTFE后可以增加复合材料的硬度，冲击强度以及弯曲强度，综合机械性能得到提升，一定量的PI对PTFE基体树脂可以辅助增韧，有利于提高PTFE的抗裂纹扩展和强韧性能。

Description

PTFE复合活塞环及其制备方法
技术领域
本发明涉及PTFE复合活塞环及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚四氟乙烯（ PTFE）是一种综合性能优秀的聚合物材料，有极好的耐高低温性和耐化学腐蚀性，且介电性能优良，摩擦系数极小热稳定性好，可在-260℃~260℃长期使用，但是纯PTFE具有冷流性，尺寸稳定性差，介电强度低，磨损大等缺点。
活塞环是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，活塞环长期处于高温、高压、高载荷的环境，且需要长期与活塞沟槽摩擦，其机械性能非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种PTFE复合活塞环，具有良好的机械性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种PTFE复合活塞环，该活塞环由PTFE复合材料构成，PTFE复合材料按质量百分比由以下组分构成：
PTFE：76-85%
PI：15-24%。
优选的，所述PTFE为粒径25μm～40μm的悬浮细粉，表观密度为400~500g/L。
优选的，所述PI细粉的粒径为65~80μm，表观密度为800~1000g/L。
本发明还公开了上述的活塞环的制备方法，其步骤为：
（1）采用干法混合，将PTFE粉料和PI粉料按比例加入高速混料机中，高速搅拌均匀后取出，放置2~6h；
（2）使用压机进行冷压成型，压力10~30MPa，保压，脱模得到预成型样品；
（3）将预成型样品放入烧结炉中，在380±5℃下进行烧结3~6h；
（4）将烧结后的毛坯自然冷却至60~120℃，然后置于金属管内，加热至180~260℃，升温速率8~30℃/h；恒温保温；然后降至150℃~室温后取出，降温速率5~12℃/h；
（5）将退火后的毛坯进行机加工得到成型活塞环制品。
优选的，所述金属管直径略大于活塞环直径，使得活塞环可以较容易的放入或取出，且活塞环四周与金属管接触，长度大于等于活塞环长度。金属管可以选用无缝钢管，也可以采用其他无缝金属管，例如铜管或铝管。
优选的，步骤（2）中保压时间为1~5min。
优选的，步骤（4）中保温时间按活塞环壁厚每毫米0.5~2h计算，壁厚=（活塞环外径-内径）/2。
本发明中，聚酰亚胺PI是一类具有十分稳定的芳杂环结构单元的耐热性高分子材料，具有突出的热稳定性，玻璃化温度Tg在260℃以上，可承受250~400℃的高温，优良的机械性能、抗辐射性能以及耐溶剂性能，并且在高温，高低压和高速等极端环境中具有很好的摩擦磨损性能，常作为高性能热塑性复合材料在航空航天等领域。PI加入PTFE后可以增加复合材料的硬度，冲击强度以及弯曲强度，综合机械性能得到提升，一定量的PI对PTFE基体树脂可以辅助增韧，有利于提高PTFE的抗裂纹扩展和强韧性能。将烧结后的活塞环做退火处理，可以有效提高活塞环的内应力，防止活塞环开裂。将活塞环置于金属管内退火，活塞环外侧与金属管接触，使得活塞环处于一个均匀的退火氛围中，退火效果更佳。金属管升温及降温速度快，易于控制，且只需要保证金属管的小范围内温度统一，可以有效节约能源。
具体实施方式
实施例1-3
本PTFE复合活塞环的制备方法为：
（1）采用干法混合，将PTFE粉料和PI粉料按比例加入高速混料机中，高速搅拌均匀后取出，放置2~6h；
（2）使用压机进行冷压成型，压力10~30MPa，保压1~5min，脱模得到预成型样品；
（3）将预成型样品放入烧结炉中，在380±5℃下进行烧结3~6h；
（4）将烧结后的毛坯自然冷却至60~120℃，然后置于金属管内，加热至180~260℃，升温速率8~30℃/h；恒温保温；然后降至150℃~室温后取出，降温速率5~12℃/h；
（5）将退火后的毛坯进行机加工得到成型活塞环制品。
其中PTFE为粒径25μm～40μm的悬浮细粉，表观密度为400~500g/L，所述PI细粉的粒径为65~80μm，表观密度为800~1000g/L。
对制得的活塞环进行性能测试，测试结果见表2。
表1 实施例1-3的组分表
表2 实施例1-3活塞环性能测试
表2中的活塞环均为在冷压压力20MPa，保压时间为1min，烧结4h，自然冷却至80℃，升温速率为10℃/h，升温至220℃，保温12h，降温速率为10℃/h，降至室温取出的条件下制得。

Claims (7)

1.一种PTFE复合活塞环，其特征在于：该活塞环由PTFE复合材料构成，PTFE复合材料按质量百分比由以下组分构成：
PTFE：76-85%
PI：15-24%。
2.根据权利要求1所述的PTFE复合活塞环，其特征在于：所述PTFE为粒径25μm～40μm的悬浮细粉，表观密度为400~500g/L。
3.根据权利要求2所述的PTFE复合活塞环，其特征在于：所述PI细粉的粒径为65~80μm，表观密度为800~1000g/L。
4.权利要求1-3中任一项所述的活塞环的制备方法，其步骤为：
（1）采用干法混合，将PTFE粉料和PI粉料按比例加入高速混料机中，高速搅拌均匀后取出，放置2~6h；
（2）使用压机进行冷压成型，压力10~30MPa，保压，脱模得到预成型样品；
（3）将预成型样品放入烧结炉中，在380±5℃下进行烧结3~6h；
（4）将烧结后的毛坯自然冷却至60~120℃，然后置于金属管内，加热至180~260℃，升温速率8~30℃/h；恒温保温；然后降至150℃~室温后取出，降温速率5~12℃/h；
（5）将退火后的毛坯进行机加工得到成型活塞环制品。
5.根据权利要求4所述的活塞环的制备方法，其特征在于：所述金属管直径略大于活塞环直径，长度大于等于活塞环长度。
6.根据权利要求5所述的活塞环的制备方法，其特征在于：步骤（2）中保压时间为1~5min。
7.根据权利要求6所述的活塞环的制备方法，其特征在于：步骤（4）中保温时间按活塞环壁厚每毫米0.5~2h计算。
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