[發明專利]一種Cu/碳石墨機械密封復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310304208.8
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103408890A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 魏偉;孫園;魏坤霞;杜慶柏;胡靜
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C09K3/10;C08K3/04;C08K3/08;B29C43/58;B29C35/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及到一種Cu/碳石墨機械密封復合材料的制備方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，旋轉機械的運轉條件越來越苛刻，因此機械密封對材料的要求也越來越高。為了滿足密封性能的要求，密封材料必須具備優異的自潤滑性能、良好的耐腐蝕性能、低而穩定的摩擦系數、高導熱性、低膨脹系數、高比強和大的熱容等性能。而碳/石墨材料就具有這些優異的熱物理性能，因此碳/石墨材料在現代密封材料中占有重要地位，主要用于汽車發動機、內燃機的冷卻系統、液壓系統和氣動系統中的管路、閥門和箱體等部件的靜密封和動密封，以及結構和防熱系統部件的密封。

目前我國生產的碳/石墨材料存在強度低，氣密性差，磨損率高等缺點，然而高性能機械用碳/石墨復合材料國外處于領先地位，而且國外公司禁止向我國轉讓高性能機械用碳/石墨材料的生產技術。因此需要我們通過原材料的性能提高，配方設計改進，加工工藝和制造設備等多項措施來提高碳/石墨材料的使用質量，從而達到高強度，高密度，氣孔率低，抗氧化，摩擦系數低，耐磨損，光滑細膩，易加工制造等性能特點。

碳/石墨材料大致分為焙燒的碳/石墨材料，石墨化的碳/石墨材料，浸樹脂和浸金屬的碳/石墨材料，樹脂粘結的碳/石墨材料，氟化石墨材料與滲硅石墨材料等。為制備高性能的碳石墨復合材料，發明專利“碳石墨復合材料的生產方法”（專利號：200910026483.1）提出了一種將碳粉與短纖維經熱混捏、壓制成型、高溫焙燒、煤瀝青浸漬、二次高溫焙燒、樹脂浸漬、車加工、二次樹脂浸漬的方法，從而制備出來了抗熱震性、耐沖擊性、耐磨性能高的碳石墨材料，可用于航天航空及軍事工業上。發明專利“一種浸金屬用炭/石墨材料的制備方法”（專利號：200910075451.0）針對碳石墨材料強度低、氣密性差等問題，提出將石油焦、石墨粉按一定比例加熱混合，然后加入粘結劑瀝青，經多次軋片，最后高溫下燒結制得一種浸金屬用的炭/石墨材料，該材料機械強度高、孔徑小且分布均勻。文獻“制備工藝對炭/石墨密封材料性能及結構的影響”（劉占軍等人，炭素技術，2010年29卷4期，1-4頁）中提到在炭基體中通過真空高壓浸漬金屬Cu后，材料的體積密度、肖氏硬度大幅度增加。

由于銅石墨復合材料不僅具有良好的強度、硬度、導電導熱性能等特點的銅，還具有良好的自潤滑性、抗燒蝕，耐化學腐蝕性能的石墨，從而使得銅石墨復合材料在摩擦、密封材料和機械零件材料領域發揮著重大作用。目前碳石墨復合材料多采用將石墨焙燒后通過真空浸漬獲得，但由于考慮到經濟效益，焙燒與浸漬工藝的工業化生產成本較高。前述專利和文獻中碳石墨復合材料的制備方法雖能達到密封材料的使用要求，但是存在生產工藝復雜、成本高。本發明提出一種短流程、低成本的Cu/碳石墨機械密封復合材料的制備方法。

發明內容

為了克服碳石墨機械密封材料硬度低，耐磨性能差，磨損率高等缺點，本發明提供了一種Cu/碳石墨機械密封復合材料的制備方法，其具體步驟如下：

（1）按照質量份數比稱取20～30份石墨、10～20份高碳、10～30份銅粉和30份酚醛樹脂；

（2）將稱取的原料放入橡塑密煉機中混合均勻，70℃機械混捏1個小時，90℃再混捏2個小時；

（3）將混捏料粉碎，過200目篩；

（4）稱取適量的混捏粉料放入模具中，施加5～15MPa壓力進行冷壓成型，保壓1min；

（5）最后將復合材料放入箱式電爐中，按照一定的溫度梯度固化。

材料的加熱固化程序如下所示：第一階段：0.5小時從室溫～140℃，140℃時保溫1小時；第二階段：5min從140℃～150℃，150℃時保溫1小時；第三階段：5min從150℃～160℃，160℃時保溫1小時；第四階段：5min從160℃～170℃，170℃時保溫1小時；第五階段：5min從170℃～180℃，180℃時保溫1小時；第六階段：5min從180℃～190℃，190℃時保溫1小時；第七階段：5min從190℃～200℃，200℃時保溫1小時；最后隨爐冷卻至室溫。

本發明的原理：以石墨、高碳為基體，添加一定量的銅粉，酚醛樹脂為粘結劑，通過機械攪拌均勻混合，然后經壓制成型，最后加熱固化成型。此過程中酚醛樹脂受熱逐漸固化，由線型和支鏈型變為具有高鄰位的體型樹脂，從而石墨、高碳、銅粉顆粒與顆粒之間通過酚醛樹脂彼此相連，形成致密的網絡結構，最后得到了高密度高強度的Cu/碳石墨復合機械密封材料。

具體實施方式

實施例一：