CN1251858C - 加热可恢复原尺寸的航空发动机用聚四氟乙烯板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种航空机载设备用加热可恢复原尺寸聚四氟乙烯板材的制备方法。制备过程包括预处理、预成型、塑化工艺、应力消除工艺、热处理工艺、平整定型工艺。使用本发明获得的聚四氟乙烯制品材料，具有良好的化学稳定性、电绝缘性、耐高低温性、加热可恢复性、耐航空液压油的特性。适用于航空机载设备液压密封系统保护圈及材料，是尖端科学和现代工业不可缺少的重要材料。
Description
技术领域
本发明属于航空液压密封技术领域，具体涉及一种加热可恢复原尺寸的航空机用聚四氟乙烯板材的制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯具有许多优点，在塑料中其摩擦系数最小、热稳定性好、介质损耗低、耐化学药品(如：盐酸、氢氟酸、发烟硫酸和硝酸)，故聚四氟乙烯有“塑料王”之称。但聚四氟乙烯也有缺点，用该原料制成的塑料制品在载荷作用下会发生永久性的可塑变形，以致于不适用于制作要求“加热可恢复原尺寸的制品”。而航空机载设备用聚四氟乙烯板材，对材料的性能要求非常苛刻，即材料在强迫扩涨45％后，通过加热可恢复到原尺寸，且保持聚四氟乙烯原有的机械性能，并且要求聚四氟乙烯板材长期浸泡在航空液压油中保持尺寸的稳定性。因此，必须研制开发新的加热可恢复原尺寸(45％)的聚四氟乙烯板材，以满足现代航空机载设备的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械强度和韧性好、耐摩擦、强迫扩涨45％后通过加热可恢复原尺寸的航空机载设备用聚四氟乙烯板材的制备方法，具体步骤如下：
1、预处理：将聚四氟乙烯树脂在15-25℃的温度下保持12-48小时，然后捣碎，以保证压制坯体时加料均匀、厚度均匀，所选用的聚四氟乙烯树脂颗粒度为1μm～30μm；
2、预成型：将经过捣碎的聚四氟乙烯树脂加入模具的模腔内，在液压机的作用下使树脂承受一定的压力，形成要求厚度的坯体，预成型的条件为：温度控制在23-28℃，压力控制在25MPa～35MPa，保温时间为5-10分钟，如压力过大，易造成开裂且脱模困难；压力过小，聚四氟乙烯分子过于松散，影响板材的综合性能；
3、塑化：将预成型坯体加热至350℃～400℃，升温速率控制在30～70℃/hr，再保温3h～8h，使聚四氟乙烯分子经过烧结，凝聚成一定形状制品坯体；
4、消除应力：将塑化后的坯体投入到冷却介质中进行冷却，根据制品的热容量保温一定的时间，以消除内应力，然后根据不同用途，在不同介质中进行冷却；
5、热处理：对消除内应力的坯体预热，然后采用延伸工艺对坯体进行各向拉伸，坯体的预热温度控制在150℃～220℃，预热时间控制在1h～3h，各向拉伸的温度一般控制在150-400℃；
6、平整定型：将各向拉伸后的坯体放入液压机中，加压定型，然后自然冷却至室温，使板材表面光滑、平整，即制得所需板材，一般定型温度为80℃～120℃，压力控制在0.1MPa～0.3MPa。
本发明中，介质冷却可采用溶剂冷却，溶剂冷却可选用的溶剂为水或者TX-10水溶液，TX-10(烷基酚聚氧乙烯醚)水溶液的重量浓度为1％～8％。
本发明中，塑化过程是使预成型坯体在高温状态下，凝聚成一定形状制品，塑化成型工艺直接影响加热可恢复原尺寸聚四氟乙烯板材的结晶度和孔隙率，从而影响板材的机械性能和恢复性能；同时，采用缓慢的升温速率，以便使聚四氟乙烯分子结晶充分，以提高制品的机械性能。
本发明中应力消除工艺的目的是消除塑化后坯体中存在的内应力，提高坯体的结晶度，以克服热定型过程中产生翘曲、变形、裂纹和不透明的现象。快速冷却的方式分为空气冷却和介质冷却两种，介质冷却采用溶剂冷却，溶剂冷却的优点是更能彻底消除残留内应力，使其更具有弹性变形，保证热定型过程不开裂、不翘曲。
本发明中热处理的目的是保证坯体具有较高的延伸性和恢复性。
本发明提供的聚四氟乙烯板材是一种供航空机载设备用的高性能加热可恢复原尺寸聚四氟乙烯制品的材料。其主要力学性能指标为：拉伸强度：≥20MPa；断裂伸长率：≥150％；相对密度：2.12～2.18；热处理厚度变化：在1300+5℃下，≤0.15mm，在180-50℃下，≤0.30mm；未恢复率：≤2.0％。
本发明提供的聚四氟乙烯制品材料具有良好的化学稳定性、电绝缘性、耐高低温性、加热可恢复性、耐航空液压油的特性，对人体无任何伤害。适用于航空机载设备液压密封系统保护圈及材料，如飞机平尾四余度舵机中液压密封系统保护圈及材料等，也适用于化工、医药、冶金、航空、航天等领域，特别适用于制作受外力强行扩张后需恢复的结构零件，是尖端科学和现代工业不可缺少的重要材料。
具体实施方式
实施例1：航空机载设备用加热可恢复原尺寸(45％)聚四氟乙烯板材：板材厚度为0.8mm，颜色为白色，预成型时，保温时间为10分钟，温度为23℃，压力为28MPa，塑化温度为380℃，升温速率为45℃/hr，保温时间为3.5h，冷却投入到TX-10溶剂中，热处理时，预热温度为160℃，时间为1.5h，延伸温度为350℃，平整定型温度为100℃，压力为0.2MPa，经检测，本聚四氟乙烯板材拉伸强度为50.6MPa，断裂伸长率为197％，相对密度为2.13，热处理厚度变化：在1300 +5℃下，≤0.045mm，在180-5 0℃下，≤0.102mm；未恢复率：≤0.8％。
实施例2：航空机载设备用加热可恢复原尺寸(45％)聚四氟乙烯板材：板材厚度为1mm，颜色为灰色，预成型时，保温时间为6分钟，温度为27℃，压力为28MPa，塑化温度为380℃，升温速率为50℃/hr，保温时间为4.5h，冷却投入到TX-10溶剂中，热处理时，预热温度为180℃，时间为2.0h，延伸温度为400℃，平整定型温度为110℃，压力为0.2MPa，经检测，本聚四氟乙烯板材拉伸强度为49.3MPa，断裂伸长率为165％，相对密度为2.14，热处理厚度变化：在1300 +5℃下，≤0.02mm，在180-5 0℃下，≤0.12mm；未恢复率：≤1.15％。
Claims (4)
1、一种加热可恢复原尺寸的航空发动机用聚四氟乙烯板材的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)预处理：将聚四氟乙烯树脂在15-25℃的温度下保持12-48小时，然后捣碎，所用聚四氟乙烯树脂颗粒度为1μm～30μm；
(2)预成型：将经过粉碎的聚四氟乙烯树脂加入模具的模腔内，在液压机的作用下，形成要求厚度的坯体，预成型的条件为：温度为23-28℃，压力为25MPa～35MPa，保温时间为5-10分钟；
(3)塑化：将预成型坯体加热至350℃～400℃，升温速率为30～70℃/hr，再保温3h～8h，使聚四氟乙烯分子经过烧结，凝聚成一定形状制品坯体；
(4)消除应力工艺：对塑化后的坯体投入到冷却介质中进行冷却，根据制品的热容量保温一定的时间，以消除内应力；
(5)热处理：对消除内应力的坯体预热，然后采用延伸工艺对坯体进行各向拉伸，坯体的预热温度为150℃～220℃，预热时间为1h-3h，辊压温度为150-400℃；
(6)平整定型：将压延后的坯体放入液压机中，加压定型，然后自然冷却至室温，即制得所需板材，定型温度为80℃～120℃，压力为0.1MPa～0.3MPa。
2、根据权利要求1所述的加热可恢复原尺寸的航空发动机用聚四氟乙烯板材的制备方法，其特征在于介质冷却为溶剂冷却。
3、根据权利要求2所述的加热可恢复原尺寸的航空发动机用聚四氟乙烯板材的制备方法，其特征在于溶剂选用水或者烷基酚聚氧乙烯醚和水配置而成的水溶液。
4、根据权利要求3所述的加热可恢复原尺寸的航空发动机用聚四氟乙烯板材的制备方法，其特征在于烷基酚聚氧乙烯醚水溶液的重量浓度为1％～8％。
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