CN1114259A - 阀座用抗蠕变复合材料及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

阀座用抗蠕变复合材料，属于密封材料领域。它由聚四氟乙烯、高模量碳纤维和抗蠕变剂组成，各原料重量百分比为：聚四氟乙烯50～84％，高模量碳纤维8～20％，抗蠕变剂8％～30％。其生产工艺为：(1)原材料按比例采用高速混合方式干法混合；(2)将混合好的原料均匀加入模具内，缓慢加压成型，压力控制在60～80MPa之间；(3)用气体载热烧结法烧结，烧结温度为365±10℃，升、降温速度为60～80℃/hr；(4)后处理采取“二次回炉”方式，在260～300℃炉温下，保温3～4小时，然后放置1～2天后进行检测。本材料可制作各种阀门的阀座，其抗蠕变性能优良，主要用于石油、化工、机械等工业部门。

Description

阀座用抗蠕变复合材料及其生产工艺
阀座用抗蠕变复合材料，属于密封材料领域。
阀座是阀门的主要配件，它的质量好坏直接影响到整机的可靠性，它不但要求耐磨，而且要求抗蠕变性好，主要用于石油、化工、机械等工业部门。目前国内外阀座材料主要采用不锈钢、石墨、尼龙和聚四氟乙烯等材料制作。不锈钢材料，加工难度大且价格昂贵；石墨材料，易破碎，致密性能差；尼龙材料耐温、耐腐蚀性能差；聚四氟乙烯材料耐腐蚀性能好，但抗蠕变性能差。根据有关资料介绍，日本八十年代以来，多用纤维增强聚四氟乙烯材料作阀座材料，使用寿命约为3000～4000小时。
本发明的目的，在于提供一种既耐高温又耐腐蚀、耐磨损且抗蠕变性能好的阀座用抗蠕变复合材料，以满足石油、化工、机械等部门引进设备中的需要，以代替进口配件。
本发明的技术解决方案是它由聚四氟乙烯、高模量碳纤维和抗蠕变剂组成，各原料重百分比为：聚四氟乙烯含量为50～84％，高模量碳纤维含量为8～20％，抗蠕变剂为8～30％。其中聚四氟乙烯的抗胀强度≥15MPa，颗粒度≤100μm，抗蠕变剂为下列三种物质之一：a、聚全氟乙丙烯；b、聚苯硫醚；c、聚酰亚胺。高模量碳纤维纤维直径为7～8μm，长径比在4∶1～12∶1之间。其生产工艺为(1)原材料按比例采用高速混合方式干法混合；(2)将混合好的原料均匀加入模具内，缓慢加压成型，压力控制在60～80MPa之间；(3)用气体载热烧结法烧结，烧结温度为365±10℃。升、降速度为60～80℃/hr；(4)后处理采取“二次回炉”方式，在260～300℃炉温下保温3～4小时，然后放置1～2天后检测聚四氟乙烯做阀座材料的致命缺点是易蠕变，为了弥补这一缺陷我们加入了高模量碳纤维和抗蠕变剂共混后以提高抗蠕变性能。高模量碳纤维加入量的多少对制品性能影响很大。含量过少，增强效果不显著，含量过大，则会导致制品强度下降。试验表明既要保持一定的机械强度，又要有良好的摩擦性能，其含量范围在8～20％之间较合适。高模量碳纤维长径比也是影响制品性能的主要工艺参数之一，长径比过小则失去纤维增强塑料的作用，这时就相当于颗粒增强。而长径比过大，碳纤维不易分散，且平面层状结构明显，从而造成制品均匀性差，根据复合材料平面应力理论计算，并结合性能测试，我们认为高模量碳纤维的长径比在4∶1～12∶1之间较合适。
在阀座用抗蠕变复合材料的生产工艺中，我们采用冷压预成型工艺方法。在压制过程中，一方面要尽快排除原料中的气体，另一方面要严格控制成型压力。一般成型压力过大，大分子间易产生滑移现象造成制品开裂，因此成型压力一般控制在60～80MPa为宜。烧结工艺采用气体载热烧结法烧结工艺对制品的最终性能(为密度、结晶和机械性能)起着重要作用，对于不同配方，不同尺寸的制品要选择合适的升降速度和烧结温度，实验证明，升降速度为60～80℃/hr，烧结温度为365±10℃，比较合适。在后处理工艺过程中，我们采取了“二次回炉”方式。即在结晶速度最大的温度点以上进行保温，然后迅速降温，使制品的结晶度得到有效控制，从而提高了制品的抗蠕变性能。
采用本发明技术方案制造的阀座抗蠕变复合材料，由于加入了性能优良的抗蠕变剂，其抗蠕性能大大提高，大大延长了阀座的使用寿命(4000～8000小时)具有显著的社会效益和经济效益。
图1为本发明工艺流程图
实施例：制作尺寸为φ175/φ150×16.5球阀座25只，总重10kg。
一、原料配方：
聚四氟乙烯：8.0kg      (抗胀强度≥15MPa，颗粒度≤100μm。)
高模量碳纤维：1.2kg    (纤维直径7～8μm，长径比4∶1～12∶1)。
聚酰亚胺0.8kg
二、采用高速混合机，干法混合上述原料，混合速度1400转/分，时间4分钟。
三、将混合料加入模具均匀分布，用液压机缓慢加压成型，成型压力70MPa。
四、用气体载热烧结法烧结，烧结温度365±10℃，升、降温速度为60～80℃/hr。
五、后处理采取“二次回炉”方式在300℃炉温下保温3小时，然后迅速降温。
六、放置2天后进行检测按照配合尺寸进行机加工，成成品。
本制品达到的指标如下：
密度g/cm3 硬度洛氏 抗拉强度MPa 抗压强度MPa 导热系数W/M·K 线膨胀系数l/K 摩擦系数 磨痕宽度mm 使用寿命hr
2.3～2.4 53 18.5 75.4 0.51 76×10-3 0.206～0.240 4.88～6.02 4000～8000

Claims (5)

1、阀座用抗蠕变复合材料，由聚四氟乙烯、高模量碳纤维和抗蠕变剂组成，其特征在于各原料重量百分比为：聚四氟乙烯50～84％，高模量碳纤维8～20％，抗蠕变剂8～30％。
2、根据权利要求1所述的阀座用抗蠕变复合材料，其特征在于聚四氟乙烯的抗胀强度≥15MPa，颗粒度≤100μm。
3、根据权利要求1所述的阀座用抗蠕变复合材料，其特征在于抗蠕变剂为下列三种之一：a、聚全氟乙丙烯；b、聚苯硫醚；c、聚酰亚胺。
4、根据权利要求1所述的阀座用抗蠕变复合材料，其特征在于高模量碳纤维，纤维直径为7～8μm，长径比在4∶1～12∶1之间。
5、权利要求1所述的阀座用抗蠕变复合材料的生产工艺为
(1)、原材料按比例采用高速混合方式干法混合；
(2)、将混合好的原料均匀加入模具内，缓慢加压成型，压力控制在60～80MPa之间；
(3)、用气体载热烧结法烧结，烧结温度为365±10℃，升降温速度为60～80℃/hr；
(4)、后处理采取“二次回炉”方式在260～300℃炉温下，保温3～4小时，然后放置1～2天后进行检测。
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