专利名称：填充聚四氟乙烯摩擦环及其制造工艺和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及摩擦环技术，特别涉及一种填充聚四氟乙烯摩擦环及其制造工艺和应用。
背景技术：
目前，公知的填充聚四氟乙烯摩擦环的制造过程包括混料、模压、烧结、机械加工等工艺步骤；混料，是指将聚四氟乙烯纯料与各种填充改性材料按一定的配比进行混合，制成PTFE填充料；模压，是指将PTFE填充料置于模具内，控制其模具结构、压强、保压时间、加压速率等工艺参数，通过一定的加料-加压-保压-卸压-脱模程序，制成模压半成品；烧结，是指将模压半成品置于烧结箱内，控制其烧结温度、升温速率、保温时间、降温速率、放置形式等工艺参数，通过一定的升温-保温-降温程序，制成烧结半成品；机械加工，是指将烧结半成品通过机械加工的方法进行尺寸精整，从而获得填充聚四氟乙烯摩擦环成品。
聚四氟乙烯的填充改性材料通常有青铜粉、石墨、二硫化钼、玻璃纤维、碳纤维、碳黑等，目前，公知的填充聚四氟乙烯摩擦环材料通常含有青铜粉等金属材料，加上其它填充改性材料的配比不同，制成的摩擦环在无油润滑条件下使用时，容易造成配磨面的损伤或摩擦环的寿命过短；公知的填充聚四氟乙烯摩擦环的模压、烧结工艺，不同程度地存在着模具结构不合理，压强、保压时间、加压速率、烧结温度、升温速率、保温时间、降温速率等工艺参数选择不当、烧结放置形式不合理等问题，从而容易导致模压/烧结开裂、半成品变形、致密程度不一致等缺陷，进而影响到材料利用率不高，摩擦环产品使用时，尤其是在无油润滑条件下使用时质量不高或不稳定；此外，填充聚四氟乙烯摩擦环在无油润滑条件下使用时，其产品结构的不合理也会导致摩擦环的寿命过短。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的填充聚四氟乙烯摩擦环在无油润滑条件下使用时，容易造成配磨面的损伤或摩擦环的寿命过短的缺点，提供一种可以减低配磨面的磨损，提高使用寿命的填充聚四氟乙烯摩擦环。
本发明的另一目的在于提供一种制备上述填充聚四氟乙烯摩擦环的可提高材料利用率及产品质量的制造工艺。
本发明的再一目的在于提供一种上述填充聚四氟乙烯摩擦环的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现本填充聚四氟乙烯摩擦环的组成成份及配比为——聚四氟乙烯纯料100石墨1～10碳黑20～50玻璃纤维0～30二硫化钼0～5上述各组成比例为重量百分比。
一种制备上述填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，包括混料、模压、烧结、机械加工等工艺过程，其特征在于所述模压过程包括加料、加压、保压、卸压、脱模等操作步骤，所述施加的压力为40～70MPa，加压时压机油缸下降速率为5～15mm/min，保压时间为5～40min。
为减少PTFE填充料与模具表面的摩擦力对锁模力的抵抗作用的影响，通常要采用双向加压的方法如图1所示，在一般压制模具上增加下压筒7，下压筒7先不工作，而采用安装外模4、芯模2、下压环6、填料5，装上压环3、上压筒1，加压到所需锁模力大约1/3的压力时，卸压，松开，然后装上下压筒7，再加压到所需锁模力，保压、卸压、出模。此外，通常外模4、芯模2的模具型腔表面应镀铬或用不锈钢精加工而成，为尽可能减少PTFE填充料与模具表面的摩擦，需要使用研磨等方法将模具型腔表面打光。
通常随着摩擦环坯料轴投影面积的增大，PTFE填充料与模具表面的摩擦力对锁模力的抵抗作用力随之逐渐减少，为减少毛坯在高压力时容易开裂的影响，从而随着摩擦环坯料轴投影面积的增大而减小锁模力，具体如图2所示。
所述烧结过程如图3所示，其程序及工艺参数为——(1)升温；其速率为12～50℃/h；(2)保温一；当温度为327～330℃时，保温时间为0.5～4h；(3)升温；其速率为12～50℃/h；(4)保温二；当温度为360～380℃时，保温时间为1～10h；(5)降温；其速率为10～40℃/h；(6)保温三当温度为320-327℃时，保温时间为0.5～4h；(7)降温至260℃以下时，自然冷却至室温。
由于PTFE填充料的流动性差以及PTFE填充料与模具表面的摩擦力对锁模力的抵抗作用力随坯料轴向高度的增大而增大，为消除上述因素的影响，应随高度坯料轴向的增大而增加保压时间，具体如图4所示。
所述烧结过程对于不同尺寸的坯料，其操作亦有所不同对于外径大于400mm的坯料，模压后坯料不必脱离芯模，而是套在芯模上，平放在烧结箱(炉)内烧结，并进行后处理，所述后处理为将烧结后脱芯的坯料再放入烧结箱(炉)内升温至250℃～290℃保温1～5h，然后自然冷却至室温；对于外径小于400mm的坯料，直接将模压脱模后的坯料平放在烧结箱(炉)内烧结而不进行后处理。
由上述工艺过程制备的本填充聚四氟乙烯摩擦环可应用于无油润滑的操作条件。
本发明相对于现有技术具有如下的优点有效果本填充聚四氟乙烯摩擦环在无油润滑条件下使用时，由于材料配比的选择得当，使摩擦环具有合适的强度和硬度，保持良好的自润滑性和导热性，从而能减低配磨面的磨损，另一方面，由于模压和烧结工艺的适当选择，使摩擦环材料内部组织致密性、均匀性好，摩擦环具有良好的抗冷流性和耐磨性，从而提高摩擦环的寿命。
图1是本发明所用的压制模具的结构示意图。
图2是本发明中压强与摩擦环坯料轴向投影面积的关系选择图。
图3是本发明中烧结过程中时间—温度程序控制图。
图4是本发明中保压时间与摩擦环坯料轴向高度的关系选择图。
图5是本发明填充聚四氟乙烯摩擦环的结构示意图。
图6是图5所示填充聚四氟乙烯摩擦环的轴向视图。
图7是图5所示填充聚四氟乙烯摩擦环的周向展开图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1本填充聚四氟乙烯摩擦环是一个4MPa级往复式无油润滑压缩机所用的摩擦环，具体的使用工况如下缸径90mm，压力4MPa，行程180mm，使用温度≤180℃，介质空气，往复频率585min-1；本填充聚四氟乙烯摩擦环的具体结构如图5～图7所示，由图5～图7可见，在摩擦环的外圆和端面加工出与圆柱轴线成一定角度的浅槽，该槽起减低摩擦环轴向载荷的作用，人字形的浅槽可使轴向力形成的扭矩互相抵消，在由于斜开口形成的扭矩作用下，该摩擦环可沿周向缓慢转动，从而达到均匀磨损的目的。
本填充聚四氟乙烯摩擦环的选型、组成成份及配比为——聚四氟乙烯选型可流动型；聚四氟乙烯纯料100石墨5碳黑45上述各组成比例为重量百分比。
模压程序及其工艺参数——模压程序加料-加压-保压-卸压-脱模；模具结构见图1，其中各构件名称为上压筒1、模芯2、上压环3、外模4、坯料5、下压环6、下压筒7；坯料轴向投影面积2640mm2；
坯料轴向高度27mm；压强50MPa；加压速率10mm/min；保压时间5min。
烧结程序及其工艺参数——升温速率50℃/h保温一330℃保温时间11h保温二375℃保温时间23h降温速率40℃/h保温三320℃保温时间31h放置形式平放在烧结箱(炉)内由于本摩擦环的比例尺寸小，不用套芯烧结，因此不用后处理。
权利要求
1.一种填充聚四氟乙烯摩擦环，其特征在于其组成成份及配比为聚四氟乙烯纯料100石墨1～10碳黑20～50玻璃纤维0～30二硫化钼0～5上述各组成比例为重量百分比。
2.一种填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，包括混料、模压、烧结、机械加工，其特征在于所述模压过程包括加料、加压、保压、卸压、脱模步骤，所述施加的压力为40～70MPa，加压时压机油缸下降速率为5～15mm/min，保压时间为5～40min。
3.根据权利要求2所述的填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，其特征在于所述加压步骤采用双向加压的方式。
4.根据权利要求3所述的填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，其特征在于随着摩擦环坯料轴投影面积的增大而减小所施加的压力。
5.根据权利要求2所述的填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，其特征在于所述烧结过程的程序及工艺参数为(1)升温；其速率为12～50℃/h；(2)保温一；当温度为327～330℃时，保温时间为0.5～4h；(3)升温；其速率为12～50℃/h；(4)保温二；当温度为360～380℃时，保温时间为1～10h；(5)降温；其速率为10～40℃/h；(6)保温三当温度为320-327℃时，保温时间为0.5～4h；(7)降温至260℃以下时，自然冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，其特征在于对于外径大于400mm的坯料，模压后坯料不必脱离芯模，而是套在芯模上，平放在烧结箱(炉)内烧结，并进行后处理，所述后处理为将烧结后脱芯的坯料再放入烧结箱(炉)内升温至250℃～290℃保温1～5h，然后自然冷却至室温；对于外径小于400mm的坯料，直接将模压脱模后的坯料平放在烧结箱(炉)内烧结而不进行后处理。
7.一种填充聚四氟乙烯摩擦环的应用，其特征在于直接使用于无油润滑的操作条件。
全文摘要
本发明提供一种一种填充聚四氟乙烯摩擦环，其组成成份及配比为聚四氟乙烯纯料100；石墨1～10；碳黑20～50；玻璃纤维0～30；二硫化钼0～5；上述各组成比例为重量百分比。一种填充聚四氟乙烯摩擦环的制造工艺，包括混料、模压、烧结、机械加工，所述模压过程包括加料、加压、保压、卸压、脱模步骤，所述施加的压力为40～70MPa，加压速率为5～15mm/min，保压时间为5～40min；由上述工艺制得的填充聚四氟乙烯摩擦环可直接使用于无油润滑的操作条件，能减低配磨面的磨损，提高摩擦环的使用寿命。
文档编号C08J5/16GK1431249SQ03113558
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月14日 优先权日2003年1月14日
发明者吴德谦, 范清, 易荣, 何逢祥, 殷小平 申请人:广州机械科学研究院