CN114031872A - 一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料及其制备方法，属于密封摩擦材料领域；本发明制备的材料耐压、耐油、耐磨损和低摩擦系数，适用于压力28MPa、往复速度0.2m/s以下的往复液压密封系统。本发明的制备方法包括高速混合、冷压成型、缓慢加热、高温烧结、缓慢冷却；即通过耐磨相填料和减摩相填料的匹配，并通过缓慢加热和缓慢冷却，减少坯料中应力，提高PTFE的结晶度，制备强度高、韧性好、高耐磨和低摩擦的密封材料，适用于压力28MPa、往复速度0.2m/s以下的往复液压密封系统，确保密封件的使用寿命和可靠性。

Description

一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属于密封摩擦材料领域，具体涉及到一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的化学稳定性、耐高低温性、非黏附性、自润滑性等特点，已在液压密封领域得到广泛应用。由于PTFE大分子链间氟原子相互排斥，分子间的吸引力较小，当受到剪切应力时，PTFE分子间较易产生滑移，导致耐磨性不足。在实际工程应用中，常加入填料来降低PTFE的磨损率，实现摩擦学性能的提升。加入的填料有铜粉、碳纤维、玻璃纤维、聚苯酯、石墨、PEEK等。为了使PTFE基复合材料的强度和韧性填料达到平衡，填料中耐磨相和减摩相的匹配及其组分是人们研究的重点。
现阶段，国内外普遍采用冷压烧结方法制备PTFE基复合材料，制备工艺已较为成熟，主要包括共混、压制和烧结等工艺。在这些工艺中，可控的参数主要为时间、速率、温度等。制备过程中虽只需控制这几个参数，但往往制备出的复合材料成品率较低，性能不够稳定。如何调整制备工艺获得最佳的聚四氟乙烯密封摩擦材料成为另一个关注的焦点。
现有技术的密封材料由以下按质量百分比计的成分组成：39～55％的化学改性悬浮PTFE树脂，40～60％的青铜粉，1～5％的自润滑助剂。此材料可以用于制备高速高压液压油缸用的密封件，具体制备方法为：将化学改性悬浮PTFE、青铜粉和自润滑助剂高速混合，冷压成型，烧结冷却，淬火处理，最后机械加工。该发明采用的淬火处理，虽然提高了材料耐磨损、耐高温、耐高压、低蠕变等性能，但往往给材料内部带来较大的应力，容易发生脆性断裂。
现有技术还有以聚四氟乙烯悬浮术之粉料为基体材料，包括玻璃纤维、碳纤维、二硫化钼以及磁粉为填充剂，其各组分的重量百分比含量为：聚四氟乙烯60～80％，磁粉10～20％，碳纤维5～10％，二硫化钼5％，玻璃纤维1～15％；磁粉是钡铁氧铁，或者锶铁氧铁，或者是钴铁氧铁，或者是钕铁硼；按照上述组分含量配好原料，充分混合，模压成型，其特征在于控制压力为15～20MPa，加热温度控制在360℃～380℃，保温时间为5～10分钟，最后冷却至室温即可得到密封圈。该发明专利虽较好地控制了加热温度和压力获得了良好的性能指标，但没有明确密封件具体的应用场合。
发明内容
发明目的
本发明针对上述PTFE密封件材料的制备方法中，不考虑耐磨相和减摩相的匹配及其冷却速度，材料内部出现较大的应力，造成材料性能的弱化；提供了一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料及其制备方法。
技术方案
一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料，该材料是由以下质量百分比计的组分组成：PTFE粉末：40～60％，碳纤维：30～40％，石墨粉末：10～20％。
所述PTFE粉末为基体；碳纤维为耐磨相填料；石墨为减摩相润滑填料。
所述的PTFE粉末，其平均粒径为18微米；
所述的碳纤维长度为35～70微米，直径为7微米；
所述的石墨粉末，其平均粒径为4微米。
液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料的制备方法为：
(1)将质量百分比40～60％的聚四氟乙烯粉末、30～40％的碳纤维和10～20％的石墨粉末在高速混合机中混合制备坯料，旋转速度为1500～2000转/分钟，混合时间为1～10分钟；取出后放置15～30分钟后，重新加入高速混合机中，按相同的旋转速度和时间再次进行混合；
(2)将步骤(1)中混合后的坯料于室温下在模具中冷压成型，冷压速度为0.1～5mm/s，最终冷压压力为40～60MPa，保压时间为5～30min；将坯料从模具中取出，放置24～48小时成型；
(3)将步骤(2)成型的坯料在烧结炉中烧结，升温速率为10～20℃/小时，保温温度为360～380℃，保温时间为1～10小时，冷却速度为10～100℃/小时。
优点及效果
本发明制备的材料耐压、耐油、耐磨损和低摩擦系数，适用于压力28MPa、往复速度0.2m/s以下的往复液压密封系统。
本发明的制备方法包括高速混合、冷压成型、缓慢加热、高温烧结、缓慢冷却；即通过耐磨相填料和减摩相填料的匹配，并通过缓慢加热和缓慢冷却，减少坯料中应力，提高PTFE的结晶度，制备强度高、韧性好、高耐磨和低摩擦的密封材料，适用于压力28MPa、往复速度0.2m/s以下的往复液压密封系统，确保密封件的使用寿命和可靠性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将质量百分比50％的聚四氟乙烯粉末、40％的碳纤维和10％的石墨粉末在高速混合机中混合制备坯料，旋转速度为1500转/分钟，混合时间为1分钟。取出后放置15分钟后，重新加入高速混合机中，按相同的旋转速度和时间再次进行混合。混合后的坯料于室温下在模具中冷压成型，冷压速度为0.1mm/s，最终冷压压力为40MPa，保压时间为5min。将坯料从模具中取出，放置24小时。将上述成型的坯料在烧结炉中烧结，升温速率为10℃/小时，保温温度为370℃，保温时间为2小时，冷却速度为10℃/小时，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
实施例2
将实施例1中的质量比例改为50％的聚四氟乙烯粉末、35％的碳纤维和15％的石墨粉末，其它工艺条件不变，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
实施例3
将实施例1中的质量比例改为50％的聚四氟乙烯粉末、30％的碳纤维和20％的石墨粉末，其它工艺条件不变，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
实施例4
将实施例1中的冷却速度改为15℃/小时，其它工艺条件不变，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
实施例5
将实施例1中的冷却速度改为20℃/小时，其它工艺条件不变，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
实施例6
将实施例1中的冷却速度改为40℃/小时，其它工艺条件不变，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
实施例7
将实施例1中的冷却速度改为100℃/小时，其它工艺条件不变，得到PTFE密封材料。在46#抗磨液压油中测试PTFE密封材料的耐磨和减摩性能，采用往复摩擦试验机，载荷为28MPa，往复速度为0.2m/s，磨损时间为1h，其结果如表1所示。
表1密封材料在46#抗磨液压油中的耐磨和减摩结果
Figure BDA0003388680280000051
表1中实施例1～5为本发明的材料，通过对比，可以发现随着PTFE基体中随着减摩相的增加，摩擦系数降低，而耐磨性基本不变；随着冷却温度的降低，摩擦系数和磨损量减小。这是因为本发明调整了耐磨相与减摩相的比例，并且通过降低冷却速度，获得了较好的耐磨减摩效果，使得密封材料的使用寿命延长。

Claims (4)

1.一种液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料，其特征在于：该材料是由以下质量百分比计的组分组成：PTFE粉末：40～60％，碳纤维：30～40％，石墨粉末：10～20％。
2.根据权利要求1所述的液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料，其特征在于：所述PTFE粉末为基体；碳纤维为耐磨相填料；石墨为减摩相润滑填料。
3.根据权利要求1所述的液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料，其特征在于：所述的PTFE粉末，其平均粒径为18微米；
所述的碳纤维长度为35～70微米，直径为7微米；
所述的石墨粉末，其平均粒径为4微米。
4.一种如权利要求1所述的液压油缸用聚四氟乙烯密封摩擦材料的制备方法，其特征在于：
(1)将质量百分比40～60％的聚四氟乙烯粉末、30～40％的碳纤维和10～20％的石墨粉末在高速混合机中混合制备坯料，旋转速度为1500～2000转/分钟，混合时间为1～10分钟；取出后放置15～30分钟后，重新加入高速混合机中，按相同的旋转速度和时间再次进行混合；
(2)将步骤(1)中混合后的坯料于室温下在模具中冷压成型，冷压速度为0.1～5mm/s，最终冷压压力为40～60MPa，保压时间为5～30min；将坯料从模具中取出，放置24～48小时成型；
(3)将步骤(2)成型的坯料在烧结炉中烧结，升温速率为10～20℃/小时，保温温度为360～380℃，保温时间为1～10小时，冷却速度为10～100℃/小时。
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