CN1687236A - 一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，所述滑片以一种热塑性聚酰亚胺(TPI)为粘结剂，填充增强纤维和石墨等固体润滑剂组成；采用机械混合的方法制备复合粉料，并利用改进热模压工艺进行成型。与现有技术相比，本发明涉及的空压机滑片具有耐磨、耐高温等特点，复合、加工方式简单，从而大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种空压机滑片及其制备方法，尤其涉及一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法。
背景技术
传统滑片是由石墨材料或灰口铸铁等金属经机械加工而成，作为旋转密封件应用于各类空压机中，但随着大功率空压机的出现(如水泥散装运输车用空压机)，传统滑片已不能满足要求，于是出现了树脂基滑片。
与传统滑片相比，树脂基滑片同时具有石墨的导热、自润滑及树脂的弯曲强度高、冲击强度高的特点，所以在大功率空压机和真空泵上有广泛应用前景。
中国发明专利[申请公开号CN1097433A]涉及到一种改性酚醛树脂高温耐磨材料的制备。该材料以改性酚醛为粘结材料，石棉布为增强耐磨材料，采用六次甲基四胺作为固化剂，同时加入了偶联剂、增稠剂、润滑剂等助剂和氧化镁、石墨粉填料。但由于采用耐高温性能相对较弱的酚醛树脂作为基体材料(长期使用温度为100℃左右)，从而限制了其使用范围。
中国发明专利[申请公开号CN1407015A]提到一种以石棉纤维为骨架，酚醛树脂为粘结材料，填充润滑剂、增韧剂、增固剂、防老剂等制成的新型树脂基复合材料。该材料具有密度低、摩擦系数小、热膨胀系数小等优点，可替代灰口铸铁等金属用于空气压缩机滑片，显著提高其产品综合性能，延长其使用寿命。大量研究已表明，石棉材料具有致癌作用，其作为建筑和摩擦材料受到严格的限制，从而不适合作为滑片的主要材料。
美国专利[专利申请号：0040126263]提到一种针对纤维填充树脂基滑片的改进方法。根据滑片在实际工作中作线性往复式运动的特点，预先使纤维沿运动方向依次排列，后填充石墨或树脂基体，热压成型，从而使滑片运动更为平滑，减少了过程中的磨损及震动，改善了压缩机性能。该种方法对高含量连续纤维填充树脂基滑片性能改善作用明显，但对于低含量或短切纤维，其预先排列纤维工艺存在困难，同时可引起材料的混合不均匀。
美国专利[申请公开号：20030024380]等同日本专利[申请公开号：2001-235928]在认识到热塑性聚酰亚胺良好的耐高温和自润滑性能后，提出一种含热塑性聚酰亚胺涂层的金属滑片及其制造方法。其在采用热塑性聚酰亚胺粉料的基础上，加入固体润滑剂聚四氟乙烯，利用静电喷涂或者喷溅的方法在金属材料表面涂覆润滑涂层，从而降低了滑片使用过程中的摩擦磨损，提高了压缩机的性能且制造工艺相对简单。由于其滑片采用金属基体，密度远大于树脂基滑片，其质量有所增加，进而加大了压缩机的功率损耗。同时，滑片的寿命很大程度上受涂层厚度及其与金属基体粘结强度的影响，而一般聚合物材料与金属材料的粘结程度较小且采用静电喷涂或者喷溅方法制备的涂层厚度受到限制，从而降低了滑片的寿命，增大了使用成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服上述空压机滑片综合性能差、寿命短的缺点而提出一种以加工性能突出的热塑性聚酰亚胺作为粘结剂的耐磨、耐高温且寿命长的热塑性聚酰亚胺空压机滑片，本发明所要解决的另一个技术问题是针对目前空压机滑片生产工序较复杂，大部分聚酰亚胺不溶不熔，加工成型困难，且生产效率较低等问题而提出了一种以加工性能突出、流动性好的的热塑性聚酰亚胺作为粘结剂，采用机械混合的方式制备复合粉料，并利用改进热模压工艺成型的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片，其特征在于该滑片的材料组成及重量百分含量如下：
石墨： 40～80％
热塑性聚酰亚胺(TPI)： 20％～40％
增强纤维： 0％～10％
固体润滑剂： 0％～10％
其中热塑性聚酰亚胺为热塑性聚酰亚胺树脂的基本性能为：弯曲强度150～190MPa，拉伸强度70～110MPa，玻璃化温度为≥250℃，冲击强度20～50kJ/m2，优选常州广成新型塑料有限公司生产的GCPITM粉料，其不仅具有优异的耐热性能、力学、介电、耐腐及抗辐射等性能，还表现出卓越的热加工特性，可采用热模压、挤出和注射方法成型。
所述的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维的一种或两者混合物。
所述的固体润滑剂是聚四氟乙烯或二硫化钼的一种或两者混合物。
一种制备上述热塑性聚酰亚胺基空压机滑片的方法，其特征在于采用机械混合的方法制备复合粉料，并在传统直接热模压方法的基础上改进工艺，在热压前后先加入冷压处理过程进行成型，从而减少了成型时间。将重量百分含量40～80％的石墨、20％～40％的热塑性聚酰亚胺(TPI)、0％～10％的增强纤维和0％～10％固体润滑剂机械混合，将混合的复合粉料装入模具中，以10～60MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱340～380℃保温0.5～1小时，取出后在冷压机中以10～30MPa的压力保压5～20分钟，脱模。
其中热塑性聚酰亚胺为热塑性聚酰亚胺树脂的基本性能为：弯曲强度150～190MPa，拉伸强度70～110MPa，玻璃化温度为≥250℃，冲击强度20～50kJ/m2，优选常州广成新型塑料有限公司生产的GCPITM粉料，其不仅具有优异的耐热性能、力学、介电、耐腐及抗辐射等性能，还表现出卓越的热加工特性，可采用热模压、挤出和注射方法成型。
所述的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维的一种或两者混合物。
所述的固体润滑剂是聚四氟乙烯或二硫化钼的一种或两者混合物。
所述的热塑性聚酰亚胺基空压机滑片复合粉料采用机械混合的方法制备，其有效减少了溶剂的引入，缩短了生产工艺流程，大大提高生产效率。
所述的热塑性聚酰亚胺基空压机滑片采用改进热模压工艺，在热压前后先加入冷压处理过程进行成型，从而减少了成型时间，有利于大规模连续化生产，同时可使材料充分压实，减少空隙及缺陷的存在，有效地提高材料强度，材料弯曲强度可达66MPa以上。
有益效果：
本发明以一种热塑性聚酰亚胺(TPI)为粘结剂，填充增强纤维和石墨等固体润滑剂组成；采用机械混合的方法制备复合粉料，其有效减少了杂质的引入，缩短了生产工艺流程，大大提高生产效率；改进热模压成型方式，减少了材料中存在的空隙及缺陷，有效提高了材料强度，其产品与文献数据比较结果如下：
| 性能指标 | 本专利实测值 | 文献值 |
| 弯曲强度/MPa | 66～90 | 50～88 |
| 密度/g·cm-3 | 1.80～1.90 | 1.76～2.15 |
| 试车工作压力/MPa | 0.25 | 0.20 |
| 排气温度/℃ | 190～198 | 240～255 |
| 断片情况 | ≥1000小时 | ≥2小时 |
具体实施方式
实施例1
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在10公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉7公斤，碳纤维2公斤，7～9微米聚四氟乙烯1公斤，在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以40MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱380℃保温1小时，取出后在冷压机中以15MPa的压力保压15分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1800kg/m3，弯曲性能为81MPa，摩擦系数0.09-0.10，体积磨损率：5.84×10-15m3/(N·m)。
实施例2
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在10公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉5公斤，玻璃纤维0.83公斤，二硫化钼0.83公斤，在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以20MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱360℃保温0.5小时，取出后在冷压机中以10MPa的压力保压20分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1880kg/m3，弯曲性能为68MPa，摩擦系数0.085-0.095，体积磨损率：8.84×10-15m3/(N·m)。
实施例3
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在10公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉5.46公斤，碳纤维0.9公斤，二硫化钼0.9公斤，7～9微米聚四氟乙烯0.9公斤，在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以60MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱340℃保温0.75小时，取出后在冷压机中以30MPa的压力保压10分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1820kg/m3，弯曲性能为74MPa，摩擦系数0.09-0.10，体积磨损率：1.4×10-14m3/(N·m)。
实施例4
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在10公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉5.38公斤，在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以30MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱370℃保温0.8小时，取出后在冷压机中以12MPa的压力保压18分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1900kg/m3，弯曲性能为76MPa，摩擦系数0.10-0.12，体积磨损率：1.6×10-14m3/(N·m)。
实施例5
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在17公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉7公斤，碳纤维1公斤，二硫化钼1公斤在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以30MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱370℃保温0.8小时，取出后在冷压机中以12MPa的压力保压18分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1760kg/m3，弯曲性能为72MPa，摩擦系数0.06-0.08，体积磨损率：4.2×10-15m3/(N·m)。
实施例6
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在10公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉2.8公斤，碳纤维0.4公斤，7～9微米聚四氟乙烯0.9公斤，在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以50MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱370℃保温0.8小时，取出后在冷压机中以12MPa的压力保压18分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1820kg/m3，弯曲性能为78MPa，摩擦系数0.07-0.10，体积磨损率：8.7×10-15m3/(N·m)。
实施例7
一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片及其制备方法，包括以下工艺步骤：在5公斤石墨中加入热塑性聚酰亚胺粉5公斤，碳纤维1.25公斤，7～9微米聚四氟乙烯1.25公斤在50升高速混合机中混合3-5分钟。将混合料装入模具中，以30MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱370℃保温0.8小时，取出后在冷压机中以12MPa的压力保压18分钟，脱模。最后按图纸尺寸进行精加工即可得到符合要求的滑片。制得的滑片密度为1650kg/m3，弯曲性能为69MPa，摩擦系数0.15-0.18，体积磨损率：3.2×10-14m3/(N·m)。
将滑片装入SLT-80压缩机进行装机运行试验：
| 实测值 | 试车参数 | |
| 排气温度(℃) | 190-198 | ＜200 |
| 排气量(m3/h) | 482-489 | ≥480 |
| 工作压力(MPa) | 0.25 | ＜0.3 |
| 轴功率(kW) | 28-30 | ＜31 |
连续运转1000小时，未发生断片、排气量下降现象，对试样使用后检测分析，可初步判断其使用寿命为12个月以上。
Claims (8)
1.一种热塑性聚酰亚胺基空压机滑片，其特征在于该滑片的材料组成及重量百分含量如下：
石墨： 40～80％
热塑性聚酰亚胺(TPI)： 20％～40％
增强纤维： 0％～10％
固体润滑剂： 0％～10％
2.根据权利要求1所述的空压机滑片，其特征在于热塑性聚酰亚胺树脂的基本性能为：弯曲强度150～190MPa，拉伸强度70～110MPa，玻璃化温度为≥250℃，冲击强度20～50kJ/m2。
3.根据权力要求1所述的空压机滑片，其特征在于所述的增强纤维是碳纤维或玻璃纤维的一种或两者混合物。
4.根据权力要求1所述的空压机滑片，其特征在于所述的固体润滑剂是聚四氟乙烯或二硫化钼的一种或两者混合物。
5、一种制备权利要求1所述的热塑性聚酰亚胺基空压机滑片的方法，其特征在于采用机械混合的方法制备复合粉料，并采用改进热模压工艺进行成型：将重量百分含量40～80％的石墨、20％～40％的热塑性聚酰亚胺(TPI)、0％～10％的增强纤维和0％～10％固体润滑剂机械混合，将混合的复合粉料装入模具中，以10～60MPa的压力冷压后，将模具放入烘箱340～380℃保温0.5～1小时，取出后在冷压机中以10～30MPa的压力保压5～20分钟，脱模。
6.根据权利要求5所述的空压机滑片的制备方法，其特征在于热塑性聚酰亚胺树脂的基本性能为：弯曲强度150～190MPa，拉伸强度70～110MPa，玻璃化温度为≥250℃，冲击强度20～50kJ/m2。
7.根据权力要求5所述的空压机滑片的制备方法，其特征在于所述的增强纤维是碳纤维或玻璃纤维的一种或两者混合物。
8.根据权力要求5所述的空压机滑片的制备方法，其特征在于所述的固体润滑剂是聚四氟乙烯或二硫化钼的一种或两者混合物。
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