CN115109362B - 聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构 - Google Patents

聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构 Download PDF

Info

Publication number
CN115109362B
CN115109362B CN202210961478.5A CN202210961478A CN115109362B CN 115109362 B CN115109362 B CN 115109362B CN 202210961478 A CN202210961478 A CN 202210961478A CN 115109362 B CN115109362 B CN 115109362B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
polytetrafluoroethylene
sealing
control head
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210961478.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115109362A (zh
Inventor
唐国军
杨玻
刘小玮
左星
邓祥华
任伟
江迎军
梁玉林
李赛
唐明
姜林
李照
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China National Petroleum Corp
CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Original Assignee
China National Petroleum Corp
CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China National Petroleum Corp, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd filed Critical China National Petroleum Corp
Priority to CN202210961478.5A priority Critical patent/CN115109362B/zh
Publication of CN115109362A publication Critical patent/CN115109362A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115109362B publication Critical patent/CN115109362B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/18Homopolymers or copolymers or tetrafluoroethene
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/08Metals
    • C08K2003/085Copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C08K2003/3009Sulfides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构,所述制备方法包括按照重量份计,将65~75份聚四氟乙烯、10~15份导热碳纤维、5~10份聚全氟乙丙烯、2~5份二硫化钼、2~4份玻璃纤维、2~4份玄武岩纤维、2~4份铜粉、2~5份聚醚醚酮纤维、0~3份石墨烯、0~2份氧化铝混合得到混合粉料,将粉料模压成坯料、烧结、机械加工及热处理得到聚四氟乙烯旋转控制头密封件。所述聚四氟乙烯旋转控制头密封件通过上述制备方法制备得到。所述密封结构包括密封件本体、补偿弹簧和外密封圈。本发明的制备方法制得的控制头密封件具有优异的导热性和耐磨性,由该密封件构成的密封结构密封性高,使用寿命长。

Description

聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构
技术领域
本发明涉及动密封元件技术领域,具体的,涉及聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构。
背景技术
目前,石油钻井已进入深井与超深井、海上深水与深层、复杂地面条件与复杂地层、页岩气、地热资源勘探开发等高难度、高风险钻探作业阶段,行业的不断发展对钻井技术与安全提出了越来越高的要求。
旋转防喷器是欠平衡/控压钻井的一项关键装备。当下部动密封失效,会引发大量钻井液跑进旋转防喷器轴承腔室,污染旋转防喷器工作环境,还会导致上部密封件失效,进而旋转防喷器失效,此时,就需要更换旋转总成。动密封组件是旋转防喷器的重要的密封元件,在旋转防喷器工作中起到隔离泥浆液接触转动轴承的作用,其可靠性直接影响控压钻井作业的安全和工作成本。动密封组件的失效原因和失效机制是十分复杂的综合性问题,例如,在工作中的动密封组件一直和密封衬套之间产生转动摩擦,在这种工况下,动密封组件内圆局部温度过高,密封件磨损很快,易造成动密封组件失效。因此,需要从源头上控制动密封组件的性能,使动密封组件材料的耐温和耐磨性能够满足更高的要求,进一步增加作业施工的安全性和可靠性。
申请号为“CN200610047500.6”、名称为“含碳纤维填充聚四氟乙烯及其制造方法”的中国专利公开了通用往复式压缩机上使用的无油润滑元件的材料——低成本碳纤维填充聚四氟乙烯及其制造方法。该发明的材料由聚四氟乙烯为60~80%、碳纤维和碳粉之和为10~35%、填充剂为不超过15%构成,其中,碳纤维∶碳粉为1∶0.5~1.5,填充剂是石墨、玻璃纤维、二硫化钼、铜粉中的一种或一种以上的组合,在常温下混合。该发明的低成本碳纤维填充聚四氟乙烯在比较通用的往复式压缩机上具有寿命长、成本低、适用范围广等特点。但该材料的构成与本申请的密封件的材料不同,其制备方法也不能制备密封件。
申请号为“CN201721430220.3”、名称为“一种闸板防喷器及其侧门密封组件”的实用新型专利公开了一种闸板防喷器及其侧门密封组件,该侧门密封组件包括浮动骨架、外部密封圈、侧门密封圈和初始背部密封圈。其中,浮动骨架的骨架体靠近闸板防喷器的壳体的端面上开设有用于安装侧门密封圈的第一圈槽;骨架体靠近侧门的端面上与第一圈槽对称地开设有用于安装初始背部密封圈的第二圈槽,第一圈槽和第二圈槽关于骨架体的中心纵切面对称;骨架体的外周面上开设有用于安装外部密封圈的第三圈槽;骨架体的内部开设有连通外周面和内周面的连通通道,连通通道从第二圈槽和第三圈槽的中间穿过。该实用新型提供的侧门密封组件能够有效地提高侧门密封的密封性。但该实用新型的结构与本申请的密封结构不同,也不具备自补偿功能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如,本发明的目的之一在于提供一种能够克服密封件在外力作用下易发生蠕变、磨损,使用寿命短等缺陷的聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法。
为了实现上述目的,本发明一方面提供了一种聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
按照重量份计,将65~75份聚四氟乙烯、10~15份导热碳纤维、5~10份聚全氟乙丙烯、2~5份二硫化钼、2~4份玻璃纤维、2~4份玄武岩纤维、2~4份铜粉、2~5份聚醚醚酮纤维、0~3份石墨烯和0~2份氧化铝混合均匀,得到混合粉料;
将所述混合粉料模压成型,得到坯料;
将所述坯料进行高温烧结得到聚四氟乙烯复合材料;
将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述聚四氟乙烯可为粉末状、粒径可为30~80μm。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述导热碳纤维的长度可为80~200μm、导热率可≥800W/(m·K)。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述聚全氟乙丙烯的粒径可为20~50μm,所述聚全氟乙丙烯里六氟丙烯的含量可为15~20%。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述二硫化钼的粒径可为0.5~1.6μm。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述玻璃纤维可为定长玻璃纤维,其单丝直径可为5~35μm。所述玄武岩纤维可为定长玄武岩纤维,其单丝直径可为5~10μm。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述聚醚醚酮纤维的线密度可为5~10dtex。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述石墨烯的层数可为3~10层、比表面积可为80~250m2/g、导热率可≥2500W/(m·K)。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述氧化铝可为球形氧化铝、比表面积可为0.1~1.0m2/g、氧化铝的含量可≥99%。
根据本发明一方面的一个示例性实施例,所述模压成型的压力可为400~500t、时间可为10~50min。所述高温烧结的温度可为320~370℃、时间可为4~6h。
本发明的另一方面提供了一种聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件,所述聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件通过如上所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法制备得到。
本发明的再一方面提供了一种密封结构,所述密封结构具有正和反两个工作方向,并有自补偿功能,所述密封结构主要包括密封件本体、补偿弹簧和外密封圈,其中,
所述密封件本体上设置有不同规格大小的安装槽;
所述补偿弹簧位于所述安装槽内,所述补偿弹簧的线径与所述安装槽的槽宽具有K值关系,所述补偿弹簧能够支撑密封件本体唇口;
所述外密封圈位于所述安装槽内,所述外密封圈为密封型腔内圆结构。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括以下内容中至少一项:
(1)本发明提供的密封结构密封性高,使用寿命长;
(2)本发明提供的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的材料的致密性高、摩擦系数低、耐磨性高;
(3)本发明提供的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的使用温度范围广;
(4)本发明提供的密封结构适用于含硫油气井、海洋平台欠平衡钻井和控压钻井的需求,能够进一步提升作业施工的安全性和可靠性。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述,本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚,其中:
图1示出了本发明的密封结构的结构示意图。
附图标记:
1-密封结构,2-密封件本体,3-第一安装槽,4-第二安装槽,5-外密封圈,6-补偿弹簧。
具体实施方式
在下文中,将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构。
需要说明的是,“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分,而不能理解为指示或暗示相对重要性。“内”、“外”、“正”、“反”等仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系,而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。
在本发明的第一示例性实施例中,聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法主要包括以下步骤:
按照重量份计,将65~75份聚四氟乙烯、10~15份导热碳纤维、5~10份聚全氟乙丙烯、2~5份二硫化钼、2~4份玻璃纤维、2~4份玄武岩纤维、2~4份铜粉、2~5份聚醚醚酮纤维、0~3份石墨烯和0~2份氧化铝充分混合均匀,得到混合粉料。例如,按照重量份计,聚四氟乙烯可为65份、68份、70份或75份;导热碳纤维可为10份、12份、14份或15份;聚全氟乙丙烯可为5份、7份、9份或10份;二硫化钼可为2份、3份或5份;玻璃纤维可为2份、3份或4份;玄武岩纤维可为2份、3份或4份;铜粉可为2份、3份或4份;聚醚醚酮纤维可为2份、3份或5份;石墨烯可为0份、1份、2份或3份;氧化铝可为0份、1份或2份。
将混合粉料放入模腔中模压成型,得到坯料。
将坯料停放14~18h后放入烧结炉中进行高温烧结,高温烧结完成后停放44~50h得到聚四氟乙烯复合材料。例如,坯料可停放14h、16h或18h,高温烧结完成后可停放44h、48h或50h。
将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。这里,在机械加工成型过程中,需要采用多次粗精加工,并在中途进行热处理,机械加工的加工刀具具有特殊特性。具体来讲,刀具具有既锋利又耐磨的特性。
在本示例性实施例中,聚四氟乙烯可为粉末状、粒径可为30~80μm,例如,30μm、40μm、66μm或80μm。
在本示例性实施例中,导热碳纤维的长度可为80~200μm,例如,80μm、95μm、120μm或200μm。导热率可大于等于800W/(m·K),例如,导热碳纤维的导热率可为800W/(m·K)、810W/(m·K)或950W/(m·K)。
在本示例性实施例中,聚全氟乙丙烯的粒径可为20~50μm,例如,20μm、30μm、46μm或50μm。聚全氟乙丙烯所含的六氟丙烯的量可为15~20%,例如,15%、16%、18%或20%。
在本示例性实施例中,二硫化钼的粒径可为0.5~1.6μm,例如,0.5μm、0.8μm、1.2μm或1.6μm。
在本示例性实施例中,玻璃纤维可为定长玻璃纤维,其单丝直径可为5~35μm,例如,5μm、10μm、26μm或35μm。玄武岩纤维可为定长玄武岩纤维,其单丝直径可为5~10μm,例如,5μm、8μm、9μm或10μm。
在本示例性实施例中,聚醚醚酮纤维的线密度可为5~10dtex,例如,5dtex、8dtex或10dtex。
在本示例性实施例中,石墨烯的层数可为3~10层,例如,3层、5层或10层。比表面积可为80~250m2/g,例如,80m2/g、120m2/g、214m2/g或250m2/g。导热率可大于等于2500W/(m·K),例如,石墨烯的导热率可为2500W/(m·K)、2570W/(m·K)或3000W/(m·K)。
在本示例性实施例中,氧化铝可为球形氧化铝,比表面积可为0.1~1.0m2/g,例如,0.1m2/g、0.5m2/g或1.0m2/g。氧化铝的含量可大于等于99%,例如,氧化铝的含量可为99%、99.21%或99.5%。
在本示例性实施例中,模压成型的压力可为400~500t,例如,400t、450t或500t。保压时间可为10~50min,例如,10min、40min或50min。高温烧结的温度可为320~370℃,例如,320℃、360℃或370℃。保温时间可为4~6h,例如,4h、5h或6h。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例,下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
(1)按照重量份计,将68份呈粉末状且粒径为40μm聚四氟乙烯、10份长度为120μm且导热率为950W/(m·K)的导热碳纤维、7份粒径为30μm且六氟丙烯的含量为18%的聚全氟乙丙烯、3份粒径为1.2μm的二硫化钼、3份单丝直径为10μm的定长玻璃纤维、3份单丝直径为10μm的定长玄武岩纤维、3份铜粉和3份线密度为8dtex的聚醚醚酮纤维混合均匀,得到混合粉料。
(2)将混合粉料放入模腔中,在压力机500吨的压力下保压40分钟模压成型,得到坯料。
(3)将坯料停放16h后放入烧结炉中进行高温烧结,在360℃的温度下保温6h,停放48小时后得到聚四氟乙烯复合材料。
(4)将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。
示例2
(1)按照重量份计,将68份呈粉末状且粒径为40μm聚四氟乙烯、15份长度为120μm且导热率为950W/(m·K)的导热碳纤维、7份粒径为30μm且六氟丙烯的含量为18%的聚全氟乙丙烯、2份粒径为1.2μm的二硫化钼、2份单丝直径为10μm的定长玻璃纤维、2份单丝直径为10μm的定长玄武岩纤维、2份铜粉和2份线密度为8dtex的聚醚醚酮纤维混合均匀,得到混合粉料。
(2)将混合粉料放入模腔中,在压力机500吨的压力下保压40分钟模压成型,得到坯料。
(3)将坯料停放16h后放入烧结炉中进行高温烧结,在360℃的温度下保温6h,停放48h后得到聚四氟乙烯复合材料。
(4)将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。
示例3
(1)按照重量份计,将68份呈粉末状且粒径为40μm聚四氟乙烯、10份长度为120μm且导热率为950W/(m·K)的导热碳纤维、7份粒径为30μm且六氟丙烯的含量为18%的聚全氟乙丙烯、3份粒径为1.2μm的二硫化钼、3份单丝直径为10μm的定长玻璃纤维、3份单丝直径为10μm的定长玄武岩纤维、3份铜粉、3份线密度为8dtex的聚醚醚酮纤维、2份5层且比表面积为120m2/g且导热率为3000W/(m·K)的石墨烯和1份比表面积为0.5m2/g且氧化铝的含量为99.5%的球形氧化铝混合均匀,得到混合粉料。
(2)将混合粉料放入模腔中,在压力机500吨的压力下保压40分钟模压成型,得到坯料。
(3)将坯料停放16h后放入烧结炉中进行高温烧结,在360℃的温度下保温6h,停放48h后得到聚四氟乙烯复合材料。
(4)将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。
示例4
(1)按照重量份计,将68份呈粉末状且粒径为40μm聚四氟乙烯、15份长度为120μm且导热率为950W/(m·K)的导热碳纤维、7份粒径为30μm且六氟丙烯的含量为18%的聚全氟乙丙烯、2份粒径为1.2μm的二硫化钼、2份单丝直径为10μm的定长玻璃纤维、2份单丝直径为10μm的定长玄武岩纤维、2份铜粉、2份线密度为8dtex的聚醚醚酮纤维、2份5层且比表面积为120m2/g且导热率为3000W/(m·K)的石墨烯和1份比表面积为0.5m2/g且氧化铝的含量为99.5%的球形氧化铝混合均匀,得到混合粉料。
(2)将混合粉料放入模腔中,在压力机500吨的压力下保压40分钟模压成型,得到坯料。
(3)将坯料停放16h后放入烧结炉中进行高温烧结,在360℃的温度下保温6h,停放48h后得到聚四氟乙烯复合材料。
(4)将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。
示例1、示例2、示例3和示例4均采用同样的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件制备步骤,仅是选用的原材料的重量份不同。比较示例1、示例2、示例3、示例4制成的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件与由纯聚四氟乙烯制作出的旋转控制头密封件的一些性能参数。这里,原材料指聚四氟乙烯、导热碳纤维、聚全氟乙丙烯、二硫化钼、玻璃纤维、玄武岩纤维、铜粉、聚醚醚酮纤维、石墨烯和氧化铝。性能参数可包括邵氏硬度、拉伸强度、断裂伸长率、摩擦系数、热传导率和密封件试用使用寿命。其中,拉伸强度采用GB/T1040.1-2018中的试验方法进行测试;断裂伸长率采用GB/T1040.1-2018中的试验方法进行测试;摩擦系数采用GB/T3960-2016中的试验方法进行测试;邵氏硬度采用GB/T531.1-2008中的试验方法进行测试;热传导率采用ISO22007-2-2008中的试验方法进行测试。
由表1可知,示例1和示例2对比,增加导热碳纤维的量可以提升聚四氟乙烯复合材料的热传导性,有利于动密封产生的局部热量可以快速散开,有效提高密封件的使用寿命。示例1和示例2或示例3和示例4对比看,加入石墨烯和氧化铝两种材料,可以提升聚四氟乙烯复合材料的力学性能,密封件的使用寿命也会大幅提升。综上可知,聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件在力学性能上比纯聚四氟乙烯旋转控制头密封件的性能有大幅度提升。
表1聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的性能参数
在本发明的第二示例性实施例中,所述聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件可包括通过上述第一示例性实施例所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法所制备出的产品。纯聚四氟乙烯材料在外力作用下易发生蠕变、磨损,有使用寿命短、机械性能差、导热性能差等缺陷。而聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件所用的聚四氟乙烯复合材料通过其它材料进行了物理填充,添加了其他材料的性能来改善聚四氟乙烯材料的不足,具有优异耐介质、低摩擦系数、使用温度范围广等优良特点。
图1示出了本发明的密封结构的结构示意图。
在本发明的第三示例性实施例中,密封结构属于动密封元件,具有自补偿功能。密封结构具有正和反两个工作方向,如图1中所示,正向工作方向箭头朝下,反向工作方向箭头朝上。在工作时,正向需承受大于35MPa的压力,反向需在1~3MPa的压力下向下部零件缓慢滴状注油。
如图1中所示,密封结构1主要包括密封件本体2、补偿弹簧6和外密封圈5。密封件本体、补偿弹簧和外密封圈各自起着不同的作用。密封件本体上设置有不同规格大小的安装槽用于安装相应的不同规格的外密封圈和补偿弹簧。如图1中所示,密封件本体2上设置有第一安装槽3和第二安装槽4。第一安装槽3用于安装外密封圈5,第二安装槽4用于安装补偿弹簧6。安装槽的宽度及深度为特别设计,补偿弹簧和外密封圈的尺寸也为精确计算得到,补偿弹簧的线径与其所处安装槽的槽宽具有K值关系。这里,密封件本体的制作材料以聚四氟乙烯为主,添加有各种辅料,使其具有优异的物理机械性能,具有耐介质和耐温等优良性能。例如,密封件本体的制作材料可以是上述第一示例性实施例所述的聚四氟乙烯复合材料。补偿弹簧可以是本领域常规的金属弹簧。外密封圈可以是本领域常规的密封圈。
自补偿功能主要通过补偿弹簧实现。补偿弹簧在装进安装槽后,补偿弹簧的自身蓄能可以施加给防喷器旋转轴一定的初始接触应力,辅助密封结构初始密封。当密封结构在承受高压时,压力作用于补偿弹簧端面,此时补偿弹簧发生弹性变形,使唇口与旋转轴的接触应力变大,这样密封唇口能承受高压而不泄漏。密封结构的内圆唇口长时间使用后会被旋转轴磨损,此时补偿弹簧会在自身蓄能的应力下,使唇口紧贴旋转轴,能够达到同样的密封承压效果,进而延长密封结构的使用寿命。在使用过程中,如果密封件本体的唇口磨损,补偿弹簧会依靠自身的高弹性及外界压力使唇口继续密封。
外密封圈是密封型腔内圆的,属于静密封,能够承受来自温度和压力对密封结构的影响。
综上所述,本发明提出的优点包括以下内容中至少一点:
(1)本发明提供的聚四氟乙烯旋转控制头密封件的制备方法能够提高聚四氟乙烯的综合性能,得到具有不同力学性能的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件;
(2)本发明提供的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的材料的致密性高,具有良好的导热性,密封产生的局部热量可以快速散开;
(3)本发明提供的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件具有优异的耐磨性能,在外力作用下不易发生蠕变和磨损;
(4)本发明提供的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件具有优异的物理机械性能,耐介质和耐温;
(5)本发明提供的密封结构具有良好的密封性,能够有效防止旋转防喷器失效,进一步增加作业施工的安全性和可靠性。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明的聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构,但是本领域技术人员应该清楚,在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下,可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (7)

1.一种聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
按照重量份计,将65~75份聚四氟乙烯、10~15份导热碳纤维、5~10份聚全氟乙丙烯、2~5份二硫化钼、2~4份玻璃纤维、2~4份玄武岩纤维、2~4份铜粉、2~5份聚醚醚酮纤维、0~3份石墨烯和0~2份氧化铝混合均匀,得到混合粉料;其中,所述导热碳纤维的长度为80~200μm、导热率≥800W/(m·K);所述聚全氟乙丙烯的粒径为20~50μm,所述聚全氟乙丙烯里六氟丙烯的含量为15~20%;所述玻璃纤维为定长玻璃纤维,其单丝直径为5~35μm;所述玄武岩纤维为定长玄武岩纤维,其单丝直径为5~10μm;所述氧化铝为球形氧化铝、比表面积为0.1~1.0m2/g、氧化铝的含量≥99%;
将所述混合粉料模压成型,得到坯料;所述模压成型的压力为400~500t、时间为10~50min;将所述坯料进行高温烧结得到聚四氟乙烯复合材料;所述高温烧结的温度为320~360℃、时间为4~6h;
将聚四氟乙烯复合材料进行机械加工及热处理得到聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法,其特征在于,所述聚四氟乙烯为粉末状、粒径为30~80μm。
3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法,其特征在于,所述二硫化钼的粒径为0.5~1.6μm。
4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法,其特征在于,所述聚醚醚酮纤维的线密度为5~10dtex。
5.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法,其特征在于,所述石墨烯的层数为3~10层、比表面积为80~250m2/g、导热率≥2500W/(m·K)。
6.一种聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件,其特征在于,所述聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件通过如权利要求1~5中任意一项所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法制备得到。
7.一种密封结构,其特征在于,所述密封结构具有正和反两个工作方向,并有自补偿功能,工作时,正向承受大于35MPa的压力,反向在1~3MPa的压力下向下部零件缓慢滴状注油;所述密封结构包括密封件本体、补偿弹簧和外密封圈,其中,
所述密封件本体上设置有不同规格大小的安装槽;
所述补偿弹簧位于所述安装槽内,所述补偿弹簧的线径与所述安装槽的槽宽具有K值关系,所述补偿弹簧能够支撑密封件本体唇口;
所述外密封圈位于所述安装槽内,所述外密封圈为密封型腔内圆结构;
所述密封件本体的制作材料包括如权利要求1~5中任意一项所述的聚四氟乙烯复合材料旋转控制头密封件的制备方法所利用的聚四氟乙烯复合材料。
CN202210961478.5A 2022-08-11 2022-08-11 聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构 Active CN115109362B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210961478.5A CN115109362B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210961478.5A CN115109362B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115109362A CN115109362A (zh) 2022-09-27
CN115109362B true CN115109362B (zh) 2023-11-14

Family

ID=83335744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210961478.5A Active CN115109362B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115109362B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1114259A (zh) * 1994-06-23 1996-01-03 国家建筑材料工业局南京玻璃纤维研究设计院 阀座用抗蠕变复合材料及其生产工艺
JP2010216612A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Eagle Ind Co Ltd カーエアコン用軸シール材
CN204533535U (zh) * 2015-02-06 2015-08-05 洛阳普瑞曼自动控制技术有限公司 一种具有自动补偿功能的聚四氟乙烯骨架油封
CN108440879A (zh) * 2018-03-06 2018-08-24 宁波联博斯密封材料有限公司 高温增压聚四氟乙烯复合材料及其产品制造工艺及环垫
CN109777013A (zh) * 2019-02-22 2019-05-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种石墨烯改性聚四氟乙烯油封唇片材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1114259A (zh) * 1994-06-23 1996-01-03 国家建筑材料工业局南京玻璃纤维研究设计院 阀座用抗蠕变复合材料及其生产工艺
JP2010216612A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Eagle Ind Co Ltd カーエアコン用軸シール材
CN204533535U (zh) * 2015-02-06 2015-08-05 洛阳普瑞曼自动控制技术有限公司 一种具有自动补偿功能的聚四氟乙烯骨架油封
CN108440879A (zh) * 2018-03-06 2018-08-24 宁波联博斯密封材料有限公司 高温增压聚四氟乙烯复合材料及其产品制造工艺及环垫
CN109777013A (zh) * 2019-02-22 2019-05-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种石墨烯改性聚四氟乙烯油封唇片材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115109362A (zh) 2022-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9169377B2 (en) Seal comprising elastomeric composition with nanoparticles
USRE40197E1 (en) Drill bit having an improved seal and lubrication method using same
CN201110376Y (zh) 新型组合密封填料环
CN201359080Y (zh) 活塞环
EP1436534B1 (en) Gland packing and sealing apparatus comprising it
CN101215954A (zh) 一种具有高密封性能的螺杆钻具传动轴总成
US5046703A (en) Carbonaceous sintered compact and fluid sealing member with this contact
CN103343835A (zh) 阀门的密封机构
CN115109362B (zh) 聚四氟乙烯旋转控制头密封件及其制备方法和密封结构
CN106996460A (zh) 一种高密封性能的耐高温复合垫片
CN204127321U (zh) 一种机械密封装置
CN112608573A (zh) 一种防偏移耐磨密封圈材料及其制备方法
CN102585436A (zh) 涡旋压缩机密封条的制备方法
CN206513525U (zh) 一种无油空压机的活塞密封环
CA2056011A1 (en) High speed rock bit
CN204141038U (zh) 一种高频球阀
CN100564959C (zh) 新型船舰艉轴用可调式自润滑同步密封装置
CN206246682U (zh) 流体动压型机械密封结构
CN113107353A (zh) 一种重载减摩型密封传动轴总成
CN221221433U (zh) 应用于石油钻井旋转防喷器轴承位置的组合动密封结构
CN219953242U (zh) 一种牙轮钻头轴承的双复合密封结构
CN105593453B (zh) 用于牙轮钻头密封件的弹性体-导热碳纤维组合物
CN219622923U (zh) 耐高温潜油电泵用复合密封的机械密封结构
CN215904091U (zh) 一种增压和耐磨的聚四氟乙烯无油轴承垫圈
CN218377966U (zh) 一种阀门填料密封结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant