一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料的制作方法

1.本发明属于密封材料技术领域，涉及低摩擦系数的密封材料，尤其涉及一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料。


背景技术：

2.航空航天技术是高度综合的现代科学技术，力学、热力学和材料学是航空航天的科学基础；电子技术、自动控制技术、计算机技术、喷气推进技术和制造工艺技术对航空航天的进步发挥了重要作用。新材料在航空航天中应用范围非常广，尤其是在密封材料领域。
3.飞机的旋转接头、起落架等部件，是飞机中非常重要的部件之一。比如，申请号为201910948441.7的发明专利申请就公开了一种作动筒集成式旋转接头结构，其用于集成有管轴与旋转接头的下固定点设置在作动筒一端，旋转接头包括收上旋转接头与放下旋转接头，管轴上设置有收上旋转接头连接区、转接连接区和放下旋转接头连接区，作动筒的收上腔油液通过连接导管连接至管轴，由管轴内的油道与收上旋转接头连通，作动筒放下腔的油液通过作动筒端盖内的油路与管轴相通，再由管轴内的油道与放下旋转接头连通，并在位于作动筒端盖后端的管轴上设置有万向接头，且万向接头的调整方向与作动筒的旋转方向相垂直，以实现作动筒安装时侧向调整，同时万向接头分别与作动筒端盖、收上旋转接头及放下旋转接头连接，为后续飞机系统液压作动筒设计提供实例和参考依据。申请号为202221611069.4的实用新型专利申请公开了一种飞机起落架用活动铰接密封结构，其包括飞机起落架，飞机起落架的表面设置有铰接连接管，铰接连接管的表面设置有连接杆件，连接杆件的两侧均活动连接有第一拆装块；使用时，需将第一拆装块和第二拆装块放置在铰接连接管上，使第一拆装块的一侧与第二拆装块的一侧对齐，之后将固定管插入到螺纹孔内，以将限位块固定，从而将第一拆装块和第二拆装块以及密封块安装在铰接连接管上，在使用时，利用密封块对铰接连接管表面以及连接杆件的两侧进行密封，在拆卸时，只需将第一拆装块和第二拆装块取下，再移动密封块，以将密封块取下更换即可，拆卸安装的步骤简易，便于人员快速更换密封块。
4.如上述的旋转接头、起落架，飞机等航空航天器的诸多部件在部分旋转运动、往复运动中，都涉及到密封的问题。上述两件专利也都提及到密封的问题，在第一件的旋转接头专利中，管轴内部将收上油路与放下油路进行物理隔离，管轴两侧端通过工艺开孔加工油道后焊接堵盖进行密封；在第二件的起落架中，第一拆装块与所述第二拆装块的内壁上均活动连接有密封块，移动块的一侧与所述密封块固定连接。飞机等航空航天器在上述的旋转运动、往复运动中使用的密封件通常是聚四氟乙烯密封件，如申请号为202210797289.9的发明专利就公开了一种改性聚四氟乙烯密封件的加工方法，其是用于解决现有的聚四氟乙烯密封件摩擦系数大、耐磨性差、产品易变形和开裂的技术问题；其步骤包括：原料混合过筛，将过筛产物注入密封件模具中压制成型，制成密封件型胚，将密封件型胚放入高压高温烧结炉中，分三个阶段逐步升温至370～380℃，保温4小时后分两个阶段降温到200～210℃后自然冷却，最后在专业的车床上加工制成密封件产品即可；其使用的改性聚四氟乙烯
材料硬度和拉伸强度均得到了有效提高，磨损量和摩擦系数较低，产品的综合性能得到了大大提高，且通过本技术的工艺制得的密封件不会发生变形和开裂的情况，有效提高了加工良品率。
5.如上述的聚四氟乙烯的加工方法，现有的聚四氟乙烯密封件大多是对聚四氟乙烯材料进行改性，通过改善材料的硬度、拉伸强度，降低材料的磨损量、摩擦系数。但是，通过改性的方式改善了材料的硬度、拉伸强度，降低材料的磨损量、摩擦系数，这种本身还是对材料进行改性，但是该聚四氟乙烯密封件在使用时，仍然是处于干摩擦环境中，密封件的磨损量和摩擦系数仍然偏高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：为了解决上述现有技术中存在的因聚四氟乙烯密封件在密封时处于干摩擦环境造成的密封件摩擦系数高、密封件易磨损的技术问题，本发明提供一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料，通过在改性聚四氟乙烯时增加铁纤维并经后续的酸洗、浸泡后，内部浸泡有润滑油的密封件应用时将原来的干摩擦变为湿摩擦，降低密封件的摩擦系数，降低密封件的磨损。
7.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料，该密封材料通过如下方法制得：步骤一，制胚：将悬浮聚四氟乙烯、石墨、碳纤维、铁纤维放入搅拌器内并混匀，取出混匀的物料依次进行模压、烧结处理，得到聚四氟乙烯胚料；步骤二，酸洗：将步骤一得到的聚四氟乙烯胚料放入浓盐酸内浸泡，反应掉聚四氟乙烯胚料中的铁纤维，反应后在聚四氟乙烯胚料中形成若干孔洞；步骤三，烘干：将步骤二得到的聚四氟乙烯胚料放入烘箱内进行烘干；步骤四，浸泡：将步骤三烘干得到的聚四氟乙烯胚料浸泡在浸泡桶内的润滑油中，并对浸泡桶抽真空，润滑油浸润到聚四氟乙烯胚料的孔洞内。
8.进一步地，步骤一中，在将悬浮聚四氟乙烯、石墨、碳纤维、铁纤维放入搅拌器内时，各组分按重量份计：悬浮聚四氟乙烯60-80份、石墨3-6份、碳纤维8-10份以及铁纤维10-15份。
9.更进一步地，步骤一中，石墨为6000目以下的石墨，碳纤维为400目以下的碳纤维，铁纤维为20目以下的铁纤维。
10.进一步地，步骤一中，搅拌器在搅拌时，搅拌转速1500-2000r/min，搅拌时间8-10min。
11.进一步地，步骤二中，在浓盐酸中浸泡聚四氟乙烯时，浸泡时长为3-4h。
12.进一步地，步骤三中，在烘箱烘干聚四氟乙烯胚料时，烘箱内的温度为100-120
°
c，烘干时长为1-1.5h。
13.进一步地，步骤四中，在浸泡聚四氟乙烯胚料时，润滑油采用全氟聚醚润滑油。
14.更进一步地，全氟聚醚润滑油中的全氟聚醚采用分子量在8000-15000的全氟聚醚。
15.进一步地，步骤四中，待聚四氟乙烯胚料浸泡浸泡在润滑油后，3-5min内将浸泡桶抽真空，再浸泡1.8-2.5h。
16.本发明的有益效果如下：本发明中，在制备聚四氟乙烯胚料时即对聚四氟乙烯进行改性，向配料中添加有铁纤维，并在酸洗时浓盐酸与铁纤维产生化学反应，铁纤维被反应掉，从而在聚四氟乙烯胚料中形成若干的孔洞；之后在真空的环境中进行浸润，润滑油充分浸润入聚四氟乙烯胚料的各个孔洞中并填充满孔洞；使用时，再取出浸润有润滑油的聚四氟乙烯胚料并安装、使用，由于聚四氟乙烯胚料浸润有润滑油，从而将聚四氟乙烯密封材料的使用环境由原来的干摩擦变为湿摩擦，摩擦系数由原来聚四氟乙烯（摩擦系数最低的塑料）的摩擦系数0.05降低到本发明的摩擦系数的测量中值0.008，密封材料的摩擦系数降低了一个数量级。
17.本发明的密封材料不仅具有超低的摩擦系数，且密封材料的磨损还极低，按照gb/t 3960-2016，常规改性聚四氟乙烯的磨损值为1.5*10-3g,而本发明的密封材料的磨损值降低到了0.025*10-3g。
18.此外，由于本发明的密封材料具有较低的摩擦系数以及磨损值，将该密封材料应用于飞机的装机环境下，进行测试后，测试寿命达到40万次重复，而飞机部分干摩擦往复一般要求在2万次重复试验标准即为合格，大幅延长了密封材料的使用寿命。
附图说明
19.图1是本发明中密封材料的结构示意图，其中右下角为局部放大图；图2是试验例1测试时得到的温度-时间曲线图；图3是试验例1测试时得到的扭矩-时间曲线图；图4是试验例1测试时得到的转速-时间曲线图；图5是试验例1测试时得到的摩擦系数-时间曲线图；图6是试验例1测试时得到的摩擦系数-温度曲线图；图7是试验例2测试时得到的温度-时间曲线图；图8是试验例2测试时得到的扭矩-时间曲线图；图9是试验例2测试时得到的转速-时间曲线图；图10是试验例2测试时得到的摩擦系数-时间曲线图；图11是试验例2测试时得到的摩擦系数-温度曲线图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
21.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1本实施例提供一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料，可用于飞机中做旋
转运动的旋转接头、做往复运动的起落架中的密封件的密封材料。
23.该密封材料通过如下方法制得：步骤一，制胚：按重量份计，胚料包括如下组分：悬浮聚四氟乙烯60份、石墨3份、碳纤维8份以及铁纤维10份；其中，石墨为6000目的石墨，碳纤维为400目的碳纤维，铁纤维为20目的铁纤维。
24.具体制备方法为：将上述组分的悬浮聚四氟乙烯、石墨、碳纤维、铁纤维放入搅拌器内并混匀，搅拌时，搅拌转速1500r/min，搅拌时间8min，搅拌完毕后取出混匀的物料依次进行模压、烧结处理，得到聚四氟乙烯胚料。
25.若密封材料具有较高的加工精度，还可以对烧结后形成的聚四氟乙烯胚料进行加工处理，比如进行机加工处理。
26.步骤二，酸洗：将步骤一得到的聚四氟乙烯胚料放入浓盐酸内浸泡，浸泡时长为3h，使浓盐酸与胚料中的铁纤维充分反应，溶解掉胚料中的铁纤维；待反应掉聚四氟乙烯胚料中的铁纤维后，在聚四氟乙烯胚料中形成若干孔洞。
27.步骤三，烘干：将步骤二得到的聚四氟乙烯胚料放入烘箱内进行烘干。烘干处理时，烘箱内的温度为100
°
c，烘干时长为1h。
28.步骤四，浸泡：将步骤三烘干得到的聚四氟乙烯胚料浸泡在浸泡桶内的润滑油中，浸泡使用的润滑油采用全氟聚醚润滑油，优选采用分子量在8000左右的全氟聚醚的全氟聚醚润滑油。浸泡时，浸泡桶需迅速完成抽真空，抽真空的时间控制在浸泡后的3内完成。抽完真空后，静待润滑油充分浸润到聚四氟乙烯胚料的孔洞内，浸泡时长为1.8h。
29.使用时，将密封材料安装完毕，且在使用过程中，密封材料中浸润的全氟聚醚存在一定的持续析出，将密封材料的使用环境由原来的干摩擦变成现在的湿摩擦，大大降低了密封材料的摩擦系数以及磨损、磨耗，大大延长了密封材料的使用寿命。
30.实施例2本实施例提供一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料，该密封材料通过如下方法制得：步骤一，制胚：按重量份计，胚料包括如下组分：悬浮聚四氟乙烯80份、石墨6份、碳纤维10份以及铁纤维15份；其中，石墨为3000目的石墨，碳纤维为150目的碳纤维，铁纤维为5目的铁纤维。
31.具体制备方法为：将上述组分的悬浮聚四氟乙烯、石墨、碳纤维、铁纤维放入搅拌器内并混匀，搅拌时，搅拌转速2000r/min，搅拌时间10min，搅拌完毕后取出混匀的物料依次进行模压、烧结处理，得到聚四氟乙烯胚料。
32.若密封材料具有较高的加工精度，还可以对烧结后形成的聚四氟乙烯胚料进行加工处理，比如进行机加工处理。
33.步骤二，酸洗：将步骤一得到的聚四氟乙烯胚料放入浓盐酸内浸泡，浸泡时长为4h，使浓盐酸与胚料中的铁纤维充分反应，溶解掉胚料中的铁纤维；待反应掉聚四氟乙烯胚料中的铁纤维后，在聚四氟乙烯胚料中形成若干孔洞。
34.步骤三，烘干：将步骤二得到的聚四氟乙烯胚料放入烘箱内进行烘干。烘干处理时，烘箱内的温度为120
°
c，烘干时长为1.5h。
35.步骤四，浸泡：将步骤三烘干得到的聚四氟乙烯胚料浸泡在浸泡桶内的润滑油中，浸泡使用的润滑油采用全氟聚醚润滑油，优选采用分子量在15000左右的全氟聚醚的全氟聚醚润滑油。浸泡时，浸泡桶需迅速完成抽真空，抽真空的时间控制在浸泡后的5min内完成。抽完真空后，静待润滑油充分浸润到聚四氟乙烯胚料的孔洞内，浸泡时长为2.5h。
36.使用时，将密封材料安装完毕，且在使用过程中，密封材料中浸润的全氟聚醚存在一定的持续析出，将密封材料的使用环境由原来的干摩擦变成现在的湿摩擦，大大降低了密封材料的摩擦系数以及磨损、磨耗，大大延长了密封材料的使用寿命。
37.实施例3本实施例提供一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料，该密封材料通过如下方法制得：步骤一，制胚：按重量份计，胚料包括如下组分：悬浮聚四氟乙烯64份、石墨4份、碳纤维9份以及铁纤维11份；其中，石墨为3800目的石墨，碳纤维为210目的碳纤维，铁纤维为9目的铁纤维。
38.具体制备方法为：将上述组分的悬浮聚四氟乙烯、石墨、碳纤维、铁纤维放入搅拌器内并混匀，搅拌时，搅拌转速1650r/min，搅拌时间9min，搅拌完毕后取出混匀的物料依次进行模压、烧结处理，得到聚四氟乙烯胚料。
39.若密封材料具有较高的加工精度，还可以对烧结后形成的聚四氟乙烯胚料进行加工处理，比如进行机加工处理。
40.步骤二，酸洗：将步骤一得到的聚四氟乙烯胚料放入浓盐酸内浸泡，浸泡时长为3.2h，使浓盐酸与胚料中的铁纤维充分反应，溶解掉胚料中的铁纤维；待反应掉聚四氟乙烯胚料中的铁纤维后，在聚四氟乙烯胚料中形成若干孔洞。
41.步骤三，烘干：将步骤二得到的聚四氟乙烯胚料放入烘箱内进行烘干。烘干处理时，烘箱内的温度为105
°
c，烘干时长为1.1h。
42.步骤四，浸泡：将步骤三烘干得到的聚四氟乙烯胚料浸泡在浸泡桶内的润滑油中，浸泡使用的润滑油采用全氟聚醚润滑油，优选采用分子量在9500左右的全氟聚醚的全氟聚醚润滑油。浸泡时，浸泡桶需迅速完成抽真空，抽真空的时间控制在浸泡后的3.5min内完成。抽完真空后，静待润滑油充分浸润到聚四氟乙烯胚料的孔洞内，浸泡时长为2.0h。
43.使用时，将密封材料安装完毕，且在使用过程中，密封材料中浸润的全氟聚醚存在一定的持续析出，将密封材料的使用环境由原来的干摩擦变成现在的湿摩擦，大大降低了密封材料的摩擦系数以及磨损、磨耗，大大延长了密封材料的使用寿命。
44.实施例4本实施例提供一种低摩擦系数低磨损的聚四氟乙烯密封材料，可用于飞机中做旋转运动的旋转接头、做往复运动的起落架中的密封件的密封材料。
45.该密封材料通过如下方法制得：步骤一，制胚：按重量份计，胚料包括如下组分：悬浮聚四氟乙烯76份、石墨5份、碳纤维10份以及铁纤维13份；其中，石墨为5200目的石墨，碳纤维为350目的碳纤维，铁纤维为15目的铁纤维。
46.具体制备方法为：将上述组分的悬浮聚四氟乙烯、石墨、碳纤维、铁纤维放入搅拌
器内并混匀，搅拌时，搅拌转速1800r/min，搅拌时间9min，搅拌完毕后取出混匀的物料依次进行模压、烧结处理，得到聚四氟乙烯胚料。
47.若密封材料具有较高的加工精度，还可以对烧结后形成的聚四氟乙烯胚料进行加工处理，比如进行机加工处理。
48.步骤二，酸洗：将步骤一得到的聚四氟乙烯胚料放入浓盐酸内浸泡，浸泡时长为3.7h，使浓盐酸与胚料中的铁纤维充分反应，溶解掉胚料中的铁纤维；待反应掉聚四氟乙烯胚料中的铁纤维后，在聚四氟乙烯胚料中形成若干孔洞。
49.步骤三，烘干：将步骤二得到的聚四氟乙烯胚料放入烘箱内进行烘干。烘干处理时，烘箱内的温度为115
°
c，烘干时长为1.3h。
50.步骤四，浸泡：将步骤三烘干得到的聚四氟乙烯胚料浸泡在浸泡桶内的润滑油中，浸泡使用的润滑油采用全氟聚醚润滑油，优选采用分子量在13500左右的全氟聚醚的全氟聚醚润滑油。浸泡时，浸泡桶需迅速完成抽真空，抽真空的时间控制在浸泡后的4.5min内完成。抽完真空后，静待润滑油充分浸润到聚四氟乙烯胚料的孔洞内，浸泡时长为2.2h。
51.使用时，将密封材料安装完毕，且在使用过程中，密封材料中浸润的全氟聚醚存在一定的持续析出，将密封材料的使用环境由原来的干摩擦变成现在的湿摩擦，大大降低了密封材料的摩擦系数以及磨损、磨耗，大大延长了密封材料的使用寿命。
52.试验例1采用实施例1中得到的聚四氟乙烯密封材料进行试验，试验环境如下表所示：在上述试验环境下进行测试，得到的试验图表如附图1-5。经过上述测试，最终测得聚四氟乙烯密封材料的摩擦系数最大值为：0.115495000，最小值为0.000660000，平均值为：平均值：0.030600543。
53.试验例2采用普通的聚四氟乙烯材料进行试验，试验环境如下表所示：在上述试验环境下进行测试，得到的试验图表附图6-10。经过上述测试，最终测得聚四氟乙烯密封材料的摩擦系数最大值为：0.445889000，最小值为最小值：0.210877000，平均值为：平均值：0.345972276。