[發明專利]聚芳醚酮復合材料、其制備方法以及應用該材料的密封圈

有效

• 申請號: 201410016679.3
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103788618A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 李鯤;楊家義;張杰;楊博峰;姚黎明;丁思云;李香;李鳳成;沈宗沼;蔡粵華;吳兆山
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院
• 主分類號: C08L71/10
• 分類號: C08L71/10;C08K9/06;C08K3/04;F16J15/00
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種具備高韌性、自潤滑、耐磨損、低硬度的聚芳醚酮復合材料，同時涉及制作該材料的方法以及應用該材料的密封圈。

背景技術

U形密封圈是一種唇形密封圈，可以安裝在運動的活塞上，也可以安裝在靜止的殼體上，無需采用填料壓蓋或壓環，可單個使用。U形密封圈是平衡型密封，內徑和外徑方向均能密封，而且隨介質的壓力變化，有自補償密封功能。目前U形密封圈的材質多數是橡膠或復合橡膠類的，如聚氨酯橡膠、丁腈橡膠、氟橡膠、夾布橡膠等，橡膠類材料具有優異的彈性和自補償密封功能，但摩擦系數較大，耐磨性較差，耐溫等級不高。在核工業領域，設備使用的密封件經常遇到高溫（最高工作溫度240℃）、輻射、高壓、混合介質等惡劣工況，大部分橡膠密封件易老化變形，使用壽命短，無法滿足密封要求，所以現在急需一種新材料來替代這些橡膠密封材料，以期使其具備耐輻射、耐高溫、自潤滑、耐磨損等諸多效能，來解決核工業設備的密封和泄露難題。

聚芳醚酮是含有芳香基、醚基、酮基等官能團的特種高分子材料，這樣的化學結構決定了其具有耐輻射、耐高溫（長期使用溫度高于300℃）、高強度、高韌性等性能特點，可以滿足核工業領域密封件的一些基本性能要求，但該類材料的硬度較大，自潤滑性較差，易損傷對磨件，降低密封件的使用壽命，普通配方的聚芳醚酮復合材料雖然可以提高自潤滑性能和耐磨性；但相關助劑的加入，會增加材料的脆性，大幅度降低材料的韌性和斷裂伸長率（某牌號聚芳醚酮樹脂的拉伸斷裂伸長率為30%，與其他材料復合改性后該值下降到4.9%），影響密封補償性能，不適合加工成U形密封圈。如何在不改變基體樹脂高強度、高韌性、耐高溫、耐輻射等優異性能的基礎上，進一步改善該材料的自潤滑性能和耐磨損性能，降低材料的硬度，以獲得更高性能的材料和制造出滿足高韌性、耐高溫、耐輻射、耐磨損要求的U形密封圈，為本領域近十年來所亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明的其中一個目的即為克服上述現有技術的不足，提供一種聚芳醚酮復合材料，該材料具備高韌性、自潤滑、耐磨損和低硬度性能，以解決核工業設備的密封和泄露難題；同時，本發明還披露了上述材料的制作方法，以能通過簡潔的操作完成其材料制作流程；此外，本發明還公開了以上述材料制作的密封圈，從而實現核工業設備指定部件的高效能密封效果。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種聚芳醚酮復合材料，其包括如下組成部分：

共聚芳醚酮樹脂???????92～95重量份，

軟碳???????????????????5～8重量份，

硅烷偶聯劑，其添加量為軟碳重量的0.8～1.5%。

所述共聚芳醚酮樹脂的熔融黏度350Pa.s，粒徑35～55μm，數均分子量4-6萬。

所述軟碳的粒徑為15～30μm，碳的重量含量≥99%，水的重量含量＜0.3%，灰分的重量含量＜0.5%。

所述硅烷偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

一種制備上述聚芳醚酮復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）、表面處理

取一定重量份已干燥的軟碳粉，在攪拌機中攪拌，同時噴灑硅烷偶聯劑溶液，硅烷偶聯劑用量是軟碳粉重量的0.8～1.5%，硅烷偶聯劑溶液中硅烷偶聯劑的重量百分比數為20%，乙醇的重量百分比數為72%，水的重量百分比數為8%；攪拌15～20分鐘后取出，在130℃溫度下干燥，粉碎后過200～300目標準篩，得到表面處理后的軟碳粉，待用；

2）、混合

向攪拌機中添加92～95重量份的共聚芳醚酮樹脂和5～8重量份表面處理后的軟碳粉，攪拌均勻后得混合料，取出待用；

3）、干燥

將步驟2）得到的混合料放到130℃的烘箱中，干燥1～2小時；

4）、熱壓、冷卻、脫模

將步驟3）中得到的干燥后的混合料加入熱壓機模具模腔中進行壓制預成型，壓機的壓力為65～70MPa，保壓加熱，當物料溫度達到375～380℃時保溫保壓35～50分鐘；然后加壓到80MPa，保溫保壓5分鐘，壓力保持在80MPa，停止加熱并自然冷卻，當物料溫度降到100℃以下時，脫模取出得到聚芳醚酮復合材料。

步驟4）中，熱壓機所在的熱壓房間溫度控制在18～23℃之間。