[發明專利]一種燃料供應艙用輕質高強度活塞及其制備方法

在審

• 申請號: 202110060446.3
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112694712A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 王宏剛;劉文廣;高貴;任俊芳;陳生圣;趙更銳;楊生榮;張俊彥;馬小錄;馬曉勵;馮要飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所;中國船舶重工集團公司第七〇五研究所
• 主分類號: C08L61/16
• 分類號: C08L61/16;C08K7/14;C08K7/06;C08K3/04;C08G8/28;C08G8/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

1.一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：該活塞由下述重量百分比的組分制成：聚醚醚酮67%~84%、纖維粉末12%~28%、碳納米粒子1%~3%、活性漿料1%~3%。

2.如權利要求1所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述聚醚醚酮的重均分子量為65000~80000g/mol。

3.如權利要求1所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述纖維粉末是指玻璃纖維粉末或碳纖維粉末；所述玻璃纖維粉末為無堿纖維，其長度為150~200μm，直徑為10~15μm，長徑比大于10；所述碳纖維粉末長度為120~150μm，其單絲直徑為5~10μm，長徑比大于20。

4.如權利要求3所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述纖維粉末的表面含有羧基基團。

5.如權利要求1所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述碳納米粒子是指石墨烯或碳納米管。

6.如權利要求5所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述石墨烯為氧化石墨烯，片層厚度≤5nm，含氧量為20%~30%，片層直徑為5~20μm。

7.如權利要求5所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述碳納米管為多壁碳納米管，其管徑為5~30nm，長度為5~30μm，且該碳納米管表面進行了羧基化表面處理，其中羧基含量為2~5%。

8.如權利要求1所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述活性漿料是指以聚醚醚酮為基體，通過化學接枝手段形成的表面氨基化活性PEEK漿料，其氨基含量不低于2%。

9.如權利要求8所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：所述活性漿料按下述方法制得：

⑴將50~125g聚醚醚酮溶解在300~700mL酸混合液中，于50~80℃攪拌反應60分鐘以上，隨后冷卻至室溫靜置6h后離心，利用去蒸餾水對沉淀物進行清洗，直至洗液為中性，經干燥即得表面硝基化的聚醚醚酮粉末；所述酸混合液是指將質量分數濃度為68%的硝酸與質量分數濃度為98%的硫酸按2：1的體積比混合均勻制得；

⑵將30~60g二氯化錫溶解在300~600mL體積濃度為37%的鹽酸溶液中，然后加入300~600mL無水乙醇，于65℃攪拌15分鐘以上，然后加入45g~120g所述表面硝基化的聚醚醚酮粉末，繼續反應4小時以上，經冷卻至室溫后靜置6h，再離心沉淀，得到反應物；

⑶所述反應物經蒸餾水清洗、干燥，即得表面氨基化的活性漿料。

10.如權利要求1所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞的制備方法，包括以下步驟：

①按配比稱重；

②制備活化纖維：

將纖維粉末放置在70℃的丙酮中進行回流處理48小時，隨后在去離子水中進行清洗后干燥處理；再將處理好的纖維粉在30℃的米氏酸中浸泡3小時以上，經丙酮清洗后干燥，即得活化纖維；

③制備具有接枝活性基團的混合填料粉末：

將所述活化纖維、碳納米粒子與活性漿料共同置入二甲基甲酰胺中，以500rpm~1500rpm的速率攪拌混合60min，同時在50℃環境溫度下保溫48小時，完畢后進行離心分離，將沉淀物進行干燥處理，然后進行氣流研磨，即得具有接枝活性基團的混合填料粉末；

④制備活塞胚件：

將所述混合填料粉末與聚醚醚酮在高速機械混合設備中進行機械混合，混合后將物料取出；然后在模具中進行加熱壓制成型，控制溫度為380℃~400℃，壓制壓力為5~20MPa，保壓時間為50min~90min；再降溫至溫度低于150℃后卸除壓力，隨爐進行冷卻至室溫，脫出取出即得活塞胚件；

⑤活塞胚件熱處理：

ⅰ將所述活塞胚件在150℃烘箱中保溫干燥3小時以上；

ⅱ將所述活塞胚件以10℃/小時的加熱速度逐漸升溫至200℃，并在200℃下保溫6~10小時；

ⅲ將所述活塞胚件以10℃/小時的降溫速率逐漸降溫至140℃；

ⅳ關閉所述烘箱，將所述活塞胚件隨爐冷卻至室溫；

⑥活塞胚件機械加工：

按照圖紙要求，將所述步驟⑤所得的活塞胚件進行精密機械車削即可。