一种基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套及其制备方法与流程

本发明属于聚醚醚酮复合材料技术领域，具体涉及一种基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套及其制备方法。

背景技术

高性能树脂聚醚醚酮(peek)是一种半结晶性芳香族热塑性工程塑料，大分子链上含有刚性的苯环、柔顺的醚键及羰基，结构规整，具有优良的耐高温性能、机械性能、阻燃性能、耐冲击性能、耐水解性能、耐化学腐蚀、耐磨性能、耐蠕变、抗辐射和抗疲劳性能，且加工和自润滑性能良好，在军事、航空航天、电子电器、汽车、器械等领域有广泛的应用。碳纤维作为复合材料的重要增强材料，具有高强度、高模量、耐高温和高导电等性能，且碳纤维的柔性好，将碳纤维与其他材料通过相应的成型方法制备得到的碳纤维增强聚醚醚酮树脂可显著提高聚醚醚酮复合材料的综合性能，通过注射、模压成型工艺生产出各种制品。

中国专利cn102757635b公开的一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法，将预处理的金刚石粉和抗氧化剂1010/168加入到注塑级聚醚醚酮中，在高速混合机中混合后，通过加料口喂料，开启双螺杆挤出机，在侧喂料口加入长度为5-20mm的短切碳纤维，在挤出温度区间为300-400℃，转速为250-350r/min的条件下，挤出造粒，得到聚醚醚酮复合材料，该聚醚醚酮复合材料在纳米金刚石粉和短切碳纤维共同填充的情况下，显著提高了聚醚醚酮复合材料的硬度、强度、耐磨性、尺寸稳定性等。中国专利cn106995619a公开的一种聚合物基复合材料磁力泵隔离套及其制备方法，将聚醚醚酮、碳纤维和白炭黑/蒙脱土/高岭土/碳酸钙/陶土填料在高速混合机中混合均匀，在260-370℃下熔融混炼，采用模压法或者注塑法成型，得到聚合物基复合材料磁力泵隔离套。上述现有技术是将短切碳纤维加入注塑级聚醚醚酮中，制备的聚醚醚酮粒料中碳纤维无规则的分布其中，碳纤维的作用力分散，难以充分发挥碳纤维的增强性能。本发明将碳纤维长丝代替短切碳纤维加入到聚醚醚酮中制备碳纤维长丝增强聚醚醚酮复合材料，并附着于金属隔离套的表面，在降低涡流热的同时，进一步提高磁力泵隔离套的机械强度和热稳定性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套及其制备方法，将碳纤维长丝与聚醚醚酮基料在双螺杆挤出机中剪切交联，切粒后制备得到粒料中碳纤维长丝的长度与粒料的长度一致，显著提高了碳纤维改性聚醚醚酮粒料的机械性能和热稳定性能，再将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融在金属隔离套的表面形成一层塑料隔离套，在提高隔离套力学性能的同时，提高隔离套的导热系数，进一步降低涡流热，提高隔离套的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套，其特征在于，所述基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套包括金属隔离里套和碳纤维改性聚醚醚酮外套，所述碳纤维改性聚醚醚酮外套是由碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融注塑成型得到，所述碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致，所述碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度为8mm-11mm。

作为上述技术方案的优选，所述碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维的含量为20-30wt％，所述碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中还包括抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂。

本发明还提供一种基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料；

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入步骤(1)制备的聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至8mm-11mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料；

(3)将步骤(2)制备的碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于金属隔离里套的表面形成碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，聚醚醚酮粒料为注塑级。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，碳纤维长丝中长丝的长度不低于8mm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，剪切的碳纤维长丝的长度为8mm-11mm，与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为20-30wt％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，金属隔离套为镍基合金套材料，厚度为0.5-0.8mm，碳纤维改性聚醚醚酮外套的厚度为2-2.5mm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，金属隔离里套与碳纤维改性聚醚醚酮外套之间采用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为4-5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套包括金属隔离里套和碳纤维改性聚醚醚酮外套，通过在金属隔离里套与塑料外套复合制备形成的隔离套，与单一的金属隔离套和单一的塑料隔离套相比，本发明制备的金属复合隔离套，将金属隔离套与塑料隔离套的优点综合，不仅具有金属里套优良的密封性能，具有塑料外套的高热导率，显著降低涡流热，降低功率损失，提高磁力泵的效率，而且提高了隔离套的力学性能和韧性，保证了隔离套的耐腐蚀性和耐热性能，综合性能优异，可显著提高隔离套的使用寿命，长期使用稳定性能优异，且本发明优选对金属隔离套与塑料隔离套之间采用金属套法兰圈上钻孔，提高两者的结合力，且控制孔径在4-5mm之间，使金属隔离套被塑料隔离套之间紧紧抱住不跟转。此外，考虑到金属隔离里套的厚度对涡流热的影响，在耐压允许的情况下，尽可能的减小金属隔离里套的厚度，降低涡流热，提高泵的效率，因此，经多次试验与总结，优选金属隔离里套的厚度在0.5-0.8mm。

(2)本发明制备的基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套中碳纤维改性聚醚醚酮外套,是由碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融注塑成型得到，该粒料的制备工艺中将长度不低于8mm的碳纤维长丝代替传统的短切碳纤维。将碳纤维长丝加入到熔融的聚醚醚酮基料中，在双螺杆挤出机中剪切交联，制备得到的聚醚醚酮粒料中碳纤维的长度与聚醚醚酮粒料的长度一致，保证了聚醚醚酮粒料的长度方向含有一条碳纤维长丝，显著提高了聚醚醚酮粒料的承受力，有利于提高磁力泵金属复合隔离套的拉伸强度、抗冲击强度和热变形温度，且经多次试验与总结发现，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中的碳纤维的含量优选为20-30％，否则会增加双螺杆挤出机直接卡死，且碳纤维长度不能超过11mm，否则会造成注塑困难，难以成型。

(3)此外，本发明制备的碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料也可用于制备磁力泵上的泵轴、叶轮、内磁钢组件、滑动轴承座、止推轴承座、螺母等部件，提高磁力泵上其他部件的拉伸强度、抗冲击强度和热变形温度，综合提高磁力泵的使用性能和使用寿命。

(4)本发明通过将碳纤维长丝加入到双螺杆挤出组件中，通过一次成型的方法将长度与聚醚醚酮粒料一致的碳纤维长丝与聚醚醚酮材料复合，显著提高了碳纤维增强聚醚醚酮粒料的力学性能和耐热性能，且制备方法简单，可操控性强，适用于工业化大规模生产，且制备的碳纤维增强聚醚醚酮粒料的可加工性强，可通过注塑工艺制备形成形状多样的产品部件，特别适用于磁力泵的制造加工。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

附图1为基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

(1)将注塑级聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料，其中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将长丝的长度不低于8mm碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至8mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料，其中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为20wt％，碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

(3)将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于厚度为0.5mm的镍基合金金属隔离里套的表面形成厚度为2mm的碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为4mm，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

实施例2：

(1)将注塑级聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料，其中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将长丝的长度不低于8mm碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至11mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料，其中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为30wt％，碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

(3)将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于厚度为0.8mm的镍基合金金属隔离里套的表面形成厚度为2.5mm的碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为5mm，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

实施例3：

(1)将注塑级聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料，其中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将长丝的长度不低于8mm碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至10mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料，其中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为25wt％，碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

(3)将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于厚度为0.6mm的镍基合金金属隔离里套的表面形成厚度为2.1mm的碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为4.5mm，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

实施例4：

(1)将注塑级聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料，其中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将长丝的长度不低于8mm碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至9mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料，其中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为24wt％，碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

(3)将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于厚度为0.7mm的镍基合金金属隔离里套的表面形成厚度为2.3mm的碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为4.6mm，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

实施例5：

(1)将注塑级聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料，其中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将长丝的长度不低于8mm碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至10mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料，其中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为27wt％，碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

(3)将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于厚度为0.8mm的镍基合金金属隔离里套的表面形成厚度为2.1mm的碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为4.8mm，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

实施例6：

(1)将注塑级聚醚醚酮粒料中加入抗氧化剂、偶联剂和抗氟剂，在高速热合机内混合均匀，形成聚醚醚酮基料，其中，聚醚醚酮基料中抗氧化剂的含量为0.1wt％，偶联剂的含量为0.1wt％和抗氟剂的含量为0.1wt％。

(2)调节双螺杆挤出机料筒前段温度为350-360℃，中段温度为350-370℃，后段温度为330-340℃，机头温度为360-380℃，转速为80r/min，机头压力为0.5-2mpa，将长丝的长度不低于8mm碳纤维长丝从侧料筒中加入双螺杆挤出机中剪切，加入聚醚醚酮基料，开机挤出料丝后进入风冷却输送机内，切粒至11mm，得到碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料，其中，碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料中碳纤维长丝的含量为30wt％，碳纤维长丝的长度与碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料的长度一致。

(3)将碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料熔融，注塑成型附着于厚度为0.5mm的镍基合金金属隔离里套的表面形成厚度为2.2mm的碳纤维改性聚醚醚酮外套，自然冷却，用金属套法兰圈钻孔固定，钻孔的孔径为5mm，得到基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套。

经检测，实施例1-6制备的碳纤维长丝改性聚醚醚酮粒料与对比例1制备的碳纤维短丝改性聚醚醚酮粒料制备的隔离套相比，拉伸强度、抗冲击强度和热变形温度显著提高，且与单一的金属隔离套和单一的碳纤维增强聚醚醚酮隔离套相比，导热系数更好，进一步降低了涡流热，因此本发明制备的基于碳纤维长丝改性聚醚醚酮增强的磁力泵金属复合隔离套的力学性能和耐热性能更加优异，稳定性更好，提高了隔离套的使用寿命。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。