专利名称：碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密封材料及其制作工艺，特别是一种机械、化工、石油等领域内所用的液、气密封材料及其制作工艺。
目前，国内外在机械、化工、石油等领域内所用的液、气密封材料主要为石棉、橡胶、尼龙等，但石棉材料中含有致癌物，对人体有害，国际环保部门已明确提出逐渐终止使用石棉材料。橡胶材料则存在耐高温、耐油、耐腐蚀、耐低温性能差，摩擦系数大，在动密封状态下工作寿命短，可靠性差等缺点。尼龙密封材料存在与橡胶相类似的缺点。在国外，也有一些公司试制了加有碳素纤维的密封材料，但它存在强度不足，使用寿命短，使用领域局限性大，不能在高温、高压、强腐蚀及动载等环境下使用的缺点。
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料及其制作工艺。
本发明密封材料以聚四氟乙烯为基体材料，以碳素纤维为增强材料，再复合加添青铜粉、玻璃纤维、石墨粉、二硫化钼粉、滑石粉(即二氧化硅粉)等改性材料，经粉碎混合、模压成形、烧结、整形检修等工序而制成，其各成份的百分比含量为聚四氟乙烯 60-90%碳素纤维 10-40%青铜粉 5-20%
玻璃纤维 5-20%石墨粉 5-10%二硫化钼粉 5-10%滑石粉(二氧化硅粉) 5-20%本发明的方法是将按一定比例配好的基体材料、增强材料和改性材料分别粉碎过筛后进行充分混合，然后进行模压成形，其压力控制在700-900Kg/cm2，对于小件制品的模压成形的压力控制在200-300Kg/cm2，以防止压力过大，制品出现开裂失效。模压成形后的成形坯料再进行烧结，烧结过程分升温、保温、冷却三个阶段，升温、降温的速度以工件的几何尺寸大小和厚度来确定，达到温度均匀传递，温度梯度为60℃/小时-80℃/小时，材料温度的转折点为327℃，应严格控制，并在该转折温度点恒温保温1小时以上，温度的最高点控制在材料的临界极限，为365℃-375℃，在温度最高点也保温1小时以上，然后降温到室温。烧结后的制品再进行整形、检修即可得到本密封材料制品。
本发明采用聚四氟乙烯为基料，使得制成的密封材料的性能大大提高，因聚四氟乙烯具有很好的高温特性和低温特性，高温可达300℃左右，低温可达-180℃左右，而橡胶、尼龙等在此温度已经失效，此外，聚四氟乙烯还具有很好的耐腐蚀性，能在酸碱度PH值1-14全范围内可靠使用，这是橡胶、尼龙等无法比拟的。本发明中加入碳素纤维主要用来增强，它的比强度可超过合金钢的5倍，在摄氏2000℃条件下强度不变，在高温下强度不变的目前只有这种材料，加入青铜粉主要是调节密封材料制品的热冲击性，使其散热性改善和提高。加入石墨、二硫化钼主要是用来提高密封材料制品的摩擦磨损特性的。加入玻璃纤维也是用来增强，因它成本远低于碳素纤维，可与碳素纤维相互补充。
本发明在材料的配方、配比方面找到了最佳选择，并确定出材料制品成形压力的最佳范围与主要技术性能之间的关系，对烧结温度及温度梯度给出了最佳选择范围，使得本发明密封材料的各项技术指标均达到和超过国内国外同类产品的最先进水平，见表1，表1中各项数据由国家机电部北京机电研究所、清华大学国家摩擦学中心、北京科技大学物质结构分析中心等单位联合测试得到。
本发明的密封材料即可单独作为液、气密封材料件使用，也可在一些特殊场合如对弹性、压缩力要求较高的场合，与橡胶、尼龙等密封材料件进行组合装配，使它们连为一体，构成组合密封件，以便使各种密封材料的优点充分发挥，特性相互补充。
本发明密封材料具有特殊的抗压、抗拉强度及良好的柔软性、回弹性、耐低温深冷性(-180℃)、耐高温性(+300℃)、化学稳定性(在PH1-14酸碱度全范围可长期可靠工作)、热稳定性、低摩擦磨损性、自润滑等特性，是目前国内外最理想的密封材料之一，且它的应用将会远远突破密封材料范围，发展成为具有特殊性能的各种结构材料、建筑材料、工程材料、以满足金属材料无可达到的需求，解决我国在液、气密封中，特别是有毒有害气、液的密封中普遍存在的“跑、冒、滴、漏”现象，减少了原材料的浪费，减少对大气和地球生态环境的污染。本发明的成果不但为化工、石油、液压、钢铁、核能、航天等工业提供了一种新型综合性能优秀的密封材料，而且对碳纤维复合材料的进一步开发提供了重要的科学依据和基础，并为我国军事装备中隐形材料的开发打下了有力的基础。本发明方法简单，生产容易，其材料制品的使用寿命、微观组织结构及其主要物理、机械性能均达到国外的先进水平。
实施例本发明可根据不同的使用场合及使用条件，选定不同的配方和配比，下面给出四种配比(a)聚四氟乙烯(65%)+青铜粉(20%)+玻璃纤维(10%)+滑石粉(5%)(b)聚四氟乙烯(70%)+碳素纤维(10%)+玻璃纤维(10%)+石墨粉(5%)+二硫化钼(5%)(c)聚四氟乙烯(80%)+玻璃纤维(20%)(d)聚四氟乙烯(70%)+碳素纤维(20%)+石墨粉(5%)+青铜粉(5%)将按一定配比配好的各原料分别粉碎过筛，细度均为200目，然后充分混合，再进行模压成形，压力控制在700Kg/cm2(对于小件制品压力为200Kg/cm2)，模压后的成形坯料再去烧结，升温和降温的速度为60℃/小时，在升温到327℃时，恒温保温1小时，再升温，温度最高点不超过365℃，当升温到温度最高点时再保温1小时，然后降温到室温，烧结后的制品进行整形检修即可得到本发明的密封材料制品。在实施例中，采用(a)配比的制品散热性和摩擦磨损性较优，用于较高要求的动密封场合;(b)、(d)配比的制品的强度较高，用于高温、高压、高强度动密封场合;(c)配比的制品成本较低，用于一般性密封场合。本发明的密封材料制品若用在对弹性、压缩力要求较高的特殊场合时，可与橡胶或尼龙材料的密封件组合装配，其一端为本发明密封件，另一端为橡胶或尼龙密封件，中间可粘接，也可将它们固定在一起，构成双层组合密封件。
权利要求
1.一种碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料，其特征在于它以聚四氟乙烯为基体材料，以碳素纤维为增强材料，再复合加添青铜粉、玻璃纤维、石墨粉、二硫化钼粉、滑石粉(二氧化硅粉)等改性材料经粉碎、混合、模压成形、烧结、整形检修等工序而制成，其各成份的百分比含量为聚四氟乙烯 60-90%碳素纤维10-40%青铜粉 5-20%玻璃纤维5-20%石墨粉 5-10%二硫化钼粉 5-10%滑石粉(二氧化硅粉) 5-20%
2.一种碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料的制作方法，其特征在于将按一定比例配好的基体材料、增强材料和改性材料分别粉碎过筛后进行充分混合，然后进行模压成形，其压力控制在700-900Kg/cm2，模压成形后的成形坯料再进行烧结，烧结过程分升温、保温、冷却三个阶段，升温、降温的速度以工件的几何尺寸大小和厚度来确定，达到温度均匀传递，温度梯度为60℃/小时-80℃/小时，在材料温度的转折点，即327℃温度点上应严格控制，并恒温保温1小时以上，温度的最高点控制在材料的临界极限，为365℃-375℃，在温度最高点也保温1小时以上，然后降温到室温，烧结后的制品再进行整形、检修即可得到本密封材料制品。
3.按权利要求2所述的碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料的制作方法，其特征在于在模压成形工序中对于小件制品其压力控制在200-300Kg/cm2，以防止压力过大制品出现开裂失效。
4.按权利要求1或2所述的碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料及其制作方法，其特征在于用本发明方法制得的密封材料制品既可单独作为密封件使用，也可在一些特殊场合如对弹性、压缩力要求较高的场合与橡胶、尼龙等密封材料件进行组合装配，使它们连为一体，构成组合密封件。
全文摘要
本发明涉及一种液气密封材料及其制作工艺，它以聚四氟乙烯为基料，以碳纤为增强材料，再复合加添青铜粉、玻纤、石墨粉、二硫化钼粉、滑石粉等改性材料，经粉碎、混合、模压成型、绕结、整形检修等工序而制成。本发明的密封材料具有特殊的抗压、抗拉强特性及良好的柔软性、回弹性、耐低温深冷性、耐高温性、化学稳定性、热稳定性、低摩擦磨损性，自润滑等特性，是目前国内外最理想的密封材料之一。
文档编号C08K7/02GK1071179SQ91108190
公开日1993年4月21日 申请日期1991年9月29日 优先权日1991年9月29日
发明者龚烈航, 毕学功, 龚天平 申请人:中国人民解放军工程兵工程学院