CN201145080Y - 金属增强聚醚醚酮阀座 - Google Patents

Abstract

金属增强聚醚醚酮阀座，密封件的骨架采用金属件，外裹聚醚醚酮复合材料1－3mm。本实用新型刚性好，抗压、能承受3500磅压力，不变形，表面摩擦系数小，不损坏对磨副。结构简单，成型加工容易，根据需要可做成各种形状的阀座密封件。可取代金属阀座，作用和效果是金属阀座不能达到的，而且比重下降50％。成本降低。

Description

金属增强聚醚醚酮阀座

技术领域

本实用新型属于密封材料制品领域，涉及一种聚醚醚酮复合材料密封件。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)树脂的性能优异，应用广，PEEK树脂最早在航空航天领域获得应用，替代铝和其他金属材料制造各种飞机零部件。汽车工业中由于PEEK树脂具有良好的耐摩擦性能和机械性能，用作制造发动机内罩的原材料，用其制造的轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的传动、刹车和空调系统中被广泛采用。作为一种半结晶的工程塑料，PEEK不溶于浓硫酸外的几乎所有溶剂，因而常用来制作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件。为了进一步满足制造高精度、耐热、耐磨损、抗疲劳和抗冲击零部件的要求，对PEEK进行共混、填充、纤维复合等增强改性处理，可以得到性能更加优异的PEEK复合材料。PEEK与聚醚共混后的复合材料，在具有良好力学性能的同时，又使阻燃性能得到了提高；在PEEK中加入专用酚醛树脂制成的材料，具有特殊的抗摩擦性能；PEEK与聚四氟乙烯共混制成的复合材料，在保持PEEK的高强度、高硬度的同时，还具有突出的耐磨性，可用于制造滑动轴承、密封环等机械零部件；与碳纤维和玻璃纤维等多种纤维进行改性增强，可制成高性能的纤维增强的PEEK复合材料，具有优异的抗蠕变、耐湿热、耐老化和抗冲击性能，还可大幅度提高材料的拉伸和弯曲强度；在PEEK中加入晶须材料，可提高材料的硬度、刚性及尺寸稳定性，用于制造大型石化生产线上的氢气压缩机和石油气压缩机的环状、网状阀片等。

阀门和管道在工业输运中十分重要，其密封问题值得重视，否则跑、冒、滴、漏浪费资源会非常严重，随着世界各国对环保要求也越来越高，节省能源、提高输运效率、杜绝浪费是必须的要求。现有技术中，阀门的阀座材料等密封件大部分采用聚四氟乙烯、尼龙、石墨、碳纤维/玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料、不锈钢等材料。其优缺点都很明显：聚四氟乙烯材料耐腐蚀性好，摩擦系数小，对阀门的扭矩也小，但耐温差，长期使用温度≤200℃，而且易蠕变导致泄漏；石墨材料耐高温，比重轻，但不耐压，易破碎导致泄漏；尼龙材料抗压、硬度好，价格相对便宜，但耐腐蚀远不如聚四氟乙烯，耐温也相对低于聚四氟乙烯；碳纤维/玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料比纯聚四氟乙烯材料耐压、耐磨损、耐温有所提高，但因为该材料的树脂基材70份仍然是氟树脂，它温度只能在≤250℃工作，长期使用温度≤200℃，而且耐水解性差；金属材料，例如不锈钢、耐温、耐压、耐腐蚀性较好，但摩擦系数大、比重大，不能恢复弹性，密封效果不好。

聚醚醚酮的性能好，但其成本高，因此须保持耐腐蚀、耐温、耐压的聚醚醚酮优异性能的前提下，还须进一步提高机械性能，提高耐压和耐磨损的强度，同时降低成本的聚醚醚酮的复合材料的制口和制备工艺还未被提出。

发明内容

本实用新型的目的，在于提供一种既耐压、耐高温，长期使用温度260℃，耐水解性好，同时耐腐蚀、抗蠕变。完全可以满足当前国际国内的阀门阀座密封件的需求。

本实用新型所述的聚醚醚酮复合材料密封件：密封件的骨架采用金属件，外裹本实用新型所述聚醚醚酮复合材料1-3mm。聚醚醚酮复合材料，由聚醚醚酮、纳米粒子、填充材料、助剂材料组成，按重量计算，其组成如下：聚醚醚酮粉75～95份、纳米粒子5～10份、填充材料10～20份、助剂2～5份。所述填充材料是：玻璃纤维、碳纤维、石英粉、二硫化钼或碳粉，玻璃纤维或碳纤维可以添加石英粉、二硫化钼或碳粉之一种、二种或两种，所述比例均为重量比。玻璃纤维或碳纤维也可以混合填充。复合材料密封件多是环状结构，也可以是其它异型结构。

本实用新型另可添加助剂：聚全氟乙丙烯或聚苯硫醚或添加氟塑料(如聚四氟乙烯或偏氟乙烯材料)2～10份。所述纳米材料是纳米无机粒子，采用天然黏土为原料，主要成份为SiO₂、Al₂O₃、MgO，经过提纯、乳化、离子交换、吸附及接枝等数次化学反应处理，制备出具有一维纳米结构的结晶型、增强型的粉体。纳米材料增强改性聚醚醚酮密封件的制备方法依次包括以下步骤(见表1)，也可以采用纯的纳米SiO₂、Al₂O₃或MgO。

本实用新型有益效果：聚醚醚酮复合材料制作各种阀门密封件具备抗蠕变、耐腐蚀、耐温、耐压等特点，进一步提高了机械性能，尤其是提高耐压和耐磨损的强度，同时降低成本10～20％或更多，更有利于该材料的使用与推广。尤其是完全满足阀门和管道不泄漏的要求，对整机的可靠性、安全性起到非常重要的作用。本实用新型的长期使用温度260℃，耐水解性好，同时耐腐蚀、抗蠕变。完全可以满足当前国际国内的阀门阀座密封件的需求。本实用新型聚醚醚酮等非金属材料与金属材料之间复合成型，通过复合后的产品具有以下特点：

1、刚性好，抗压、能承受3500磅压力，不变形，表面摩擦系数小，不损坏对磨副。2、结构简单，成型加工容易，根据需要可做成各种形状的阀座密封件。

3、可取代金属阀座，作用和效果是金属阀座不能达到的，而且比重下降50％。

4、成本降低，比纯聚醚醚酮阀座价格下降。

附图说明

图1是本实用新型烧结升温曲线

图2是本实用新型密封件的截面结构示意图

具体实施方式

工艺流程分为模压成型和注塑成型两种，生产出的产品其性能和使用效果一样。

(一)模压成型：

1、准备金属骨架并配料，聚醚醚酮65～90份，玻璃纤维10～30份，聚四氟乙烯2～10份，二硫化钼5～10份，碳纤维10～30份。以上比例为重量比。

2、混料，按设计要求将配好的料倒入自动混料机，进行混料且混匀，混料时间在0.5～1分钟，混料机转速为2000转/分。

3、压制，在金属骨架上将混匀后的原粉料加入模具型腔内，室温20±5℃条件下，以20MPa/min的速度加压，表压达到5MPa/cm²，开始逐步放气，然后保压6分钟，预制品成型。

4、将压制好的预制品，放入专用烧结炉内，按下图l烧结工艺参数进行烧结。

5、将预成品烧结成品后，初步检验合格再由机械加工至所需的尺寸，最终检验合格出厂。

(二)注塑成型：

1、干燥，将聚醚醚酮颗粒状原料进行干燥，因为该料会吸收0.5份W/W大气水分，导致注塑气孔，为了获得最佳效果，水分少于0.02份W/W。方法：将料放入空气循环炉中150℃±5℃烘2～3小时。

2、料筒温度：注塑成型机的料筒相连的柱状加热器必须达到400℃，为完成正确的料斗加料，加料口温度应该保持在70℃～100℃之间。

3、喷嘴与闭锁系统

在正常的操作过程中，整个循环周期的大部分时间内料筒的喷嘴和浇口套都会相互接触。浇口套的温度明显低于熔融物和喷嘴。如果温度降到340℃以下，料很快固化，因此需要将足够大的加热器安装在喷嘴处，以防止降温和产生“注塑冷料”。

4、注射和锁模力

在金属骨架上注塑，制品和流道在分型面上的投影面积，决定了在最大射出压力下，防止模具之张开所需的锁模力。典型值65～140MPa

本实用新型注塑工艺方法与要求可参照其它热塑性塑料。

实施如图2，制作尺寸Φ181/Φ158×13.8

图2为本实用新型的产品结构示意图，该产品经过现场使用，效果很好，满足了客户要求。本产品达到的技术指标如下，见表3。

特性	状态	测试方法	单位	指标
					密度	结晶态非结晶态	ISO1183	g/cm3	1.51
吸水性	24小时23℃	ISO62	份	0.11
					熔点		DSC	℃	343
热膨胀系数		ASTM D696	10-5℃-1	2.2
					连续使用温度	电气、机械	UL746B	℃	240
介电常数	50Hz0℃～150°	1EC250	n/a	3.7
					拉伸强度	屈服、23℃	ISO 527-2/18/50	MPa	155
拉伸延伸率	断裂、23℃	ISO 527-2/18/50	份	2
					压缩强度	平行方向垂直方向	ASTM D695	MPa	215149
洛氏硬度	M级	ASTM D785		107

Claims (1)

1、聚金属增强聚醚醚酮阀座，其特征是密封件的骨架采用金属件，外裹聚醚醚酮复合材料1-3mm。

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