專利名稱：：一種曲軸前后油封用ptfe復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種PTFE材料及其制備方法，具體地說涉及一種曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料及其制備方法；屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油封材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：油封在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上是用來封油的機(jī)械元件，它將傳動(dòng)部件中需要潤(rùn)滑的部件與出力部件隔離，不至于讓潤(rùn)滑油滲漏。從油封的密封作用、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)類型、工作狀態(tài)和密封機(jī)理等可以分成多種形式和不同叫法，將旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈叫油封。油封的常用材料有丁腈橡膠，氟橡膠，硅橡膠，丙烯酸酯橡膠，聚氨酯，聚四氟乙烯(PTFE)等。選擇油封的材料時(shí)，必須考慮材料對(duì)工作介質(zhì)的相容性、對(duì)工作溫度范圍的適應(yīng)性和唇緣對(duì)旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的跟隨能力。其中聚四氟乙烯(PTFE)為四氟乙烯單體的高結(jié)晶聚合物，是一種白色有蠟狀感的熱塑性塑料，其組成與結(jié)構(gòu)決定了它具有耐高溫、化學(xué)性質(zhì)好、摩擦系數(shù)低、介電性好等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其廣泛用于減磨襯套、各種密封墊圈、閥座等。但與其它塑料相比，其機(jī)械性能不是很好；線膨脹系數(shù)較大；成型收縮率大，二次加工困難；硬度低，耐磨損性差；耐蠕變性差，易冷流。為了克服和改變PTFE的缺點(diǎn)、提高其綜合性能，人們一直致力于對(duì)PTFE的改性研究。PTFE的改性方法主要有表面改性、填充改性、共混改性等，其中，填充改性是一種簡(jiǎn)單有效的方法，既可保持其優(yōu)點(diǎn)，又可利用復(fù)合效應(yīng)，改善和克服純PTFE的缺陷。中國專利申請(qǐng)(公開號(hào)CN1817961A)涉及一種聚四氟乙烯油封及其生產(chǎn)方法，它公開了一種聚四氟乙烯油封，該油封包含(重量百分比)聚四氟乙烯60_80%，玻璃纖維10-30%，二硫化鉑5-10%，經(jīng)過配料、混料、壓制、燒結(jié)、片加工、表面處理、片粘接、硫化、整理而成。它以聚四氟乙烯為原料，采用無機(jī)填料玻璃纖維改性生產(chǎn)油封，雖然生產(chǎn)的油封在強(qiáng)度、耐磨性都有一定的提高，但由于無機(jī)填料與PTFE基體之間的相容性較差、親合力較小，在基體中出現(xiàn)明顯的界面，且不容易分散均勻，所以這類復(fù)合材料因摩擦系數(shù)較大，對(duì)被磨件損傷大，制品機(jī)械強(qiáng)度不夠高而不能滿足一些特殊的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種耐摩擦損耗性能和力學(xué)性能較好的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料。本發(fā)明的上述目的可以通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料，該復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成聚四氟乙烯60%-80%;芳綸纖維12%-25%;無機(jī)填料5%-15%;所述的無機(jī)填料為石墨、二硫化鉬、碳黑中的一種或多種。本發(fā)明采用有機(jī)材料芳綸纖維，可以和聚四氟乙烯基體較好的相容，親和力較大，且容易分散均勻，芳綸纖維的填入改善了PTFE復(fù)合材料的耐熱性、抗蠕變性、彎曲和耐磨性。芳綸纖維是芳香族聚酰胺纖維的簡(jiǎn)稱，是溶致型液晶的一種，液晶聚合物在高溫下熔融后具有極好的流動(dòng)性，形成熱遷移，這種熱遷移的結(jié)果使液晶聚合物在PTFE基體內(nèi)沿PTFE的空隙向四周遷移流動(dòng)形成微纖。在與無機(jī)填料和聚四氟乙烯配伍合理及燒結(jié)溫度適宜的情況下，這些微纖最終相互連接，在聚四氟乙烯基體內(nèi)形成致密而均勻的立體網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)把聚四氟乙烯基體緊緊地包絡(luò)起來，起到加固作用，極大地限制和阻止了PTFE復(fù)合材料的帶狀磨損，使PTFE復(fù)合材料的磨損變成了細(xì)小的粒子犁耕磨損，從而改善了PTFE復(fù)合材料的磨損形式和歷程，提高了PTFE復(fù)合材料的耐磨損性能。此外芳綸纖維結(jié)構(gòu)中大分子鏈含剛性的苯環(huán)，因而形成的纖維含有高比例的伸直的剛性鏈，沿纖維軸向高度取向，分子堆砌密度大，因此具有高的拉伸模量和強(qiáng)度。芳綸纖維非常柔軟，可以升直、巻曲于聚四氟乙烯基體中，阻礙了裂紋擴(kuò)展；并且當(dāng)纖維從基體中斷開拔出后，由于摩擦而使能量耗散，提高沖擊韌性。因此，芳綸纖維和無機(jī)填料合理配伍填充改性PTFE復(fù)合材料的綜合性能相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中玻璃纖維有很大的提高。在上述的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料中，該復(fù)合材料由以下優(yōu)選質(zhì)量百分比的成分組成聚四氟乙烯65%-75%;芳綸纖維15%_20%;無機(jī)填料8%_13%;所述的無機(jī)填料為石墨。進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成聚四氟乙烯70%;芳綸纖維18%;石墨12%。在聚四氟乙烯基體中添加合理配伍的芳綸纖維和石墨既可以保持較好的潤(rùn)滑效果又提高了PTFE復(fù)合材料耐磨性。聚四氟乙烯基體、芳綸纖維和石墨與曲軸的金屬接觸面可形成部分潤(rùn)滑膜，改善了磨損條件，減少了磨損量，從而有利于提高耐磨性。該復(fù)合材料既保持了聚四氟乙烯基體與芳綸纖維各自的自潤(rùn)滑、耐磨等特點(diǎn)，在一定質(zhì)量百分配比的無機(jī)填料作用下，聚四氟乙烯基體和芳綸纖維在性能上相互補(bǔ)充，使承載能力提高，力學(xué)性能較好，摩擦因數(shù)降低，潤(rùn)滑效果增強(qiáng)，耐磨壽命延長(zhǎng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述PTFE復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟A、配料、混料按照質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯60%-80%;芳綸纖維12%-25%;無機(jī)填料5%_15%加入到高速混合機(jī)中攪拌1-5分鐘充分混料均勻；B、壓制成型將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至50-150MPa時(shí)，保壓10_50min后，脫模得到預(yù)成型樣品；C、燒結(jié)固化將預(yù)成型樣品放入電爐中以60°C/h升溫速率，從室溫升至350°C_4001:下燒結(jié)4-8h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出PTFE復(fù)合材料坯件；D、后處理將燒結(jié)固化后的PTFE復(fù)合材料經(jīng)過磨飾加工、表面處理后即得PTFE復(fù)合材料制品。在上述的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟B中加壓至100MPa，保壓時(shí)間為30min。在上述的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟C中從室溫升至365°C-375t:下燒結(jié)6h使預(yù)成型樣品固化。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用有機(jī)芳綸纖維和無機(jī)填料改性聚四氟乙烯得到的PTFE復(fù)合材料不僅沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和硬度等力學(xué)性能較好，而且該P(yáng)TFE復(fù)合材料摩擦因數(shù)較低，潤(rùn)滑效果強(qiáng)，耐磨壽命較長(zhǎng)。2、本發(fā)明曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法工藝流程簡(jiǎn)單，工藝步驟較少，不需要復(fù)雜的壓制成型工藝和燒結(jié)固化工藝即可制得曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料。具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明；但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。表1:實(shí)施例1-5中PTFE復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>8其中實(shí)施例1中所述的無機(jī)填料為石墨和碳黑，兩者的重量比為6:4;實(shí)施例2中所述的無機(jī)填料為二硫化鉬；實(shí)施例3中所述的無機(jī)填料為石墨；實(shí)施例4中所述的無機(jī)填料為碳黑；實(shí)施例5中所述的無機(jī)填料為石墨、碳黑和二硫化鉬，三者的重量比為5:3:2。實(shí)施例1按照表1中實(shí)施例1的質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯，芳綸纖維和無機(jī)填料加入到高速混合機(jī)中攪拌l-5分鐘充分混料均勻；將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至50MPa時(shí)，保壓50min后，脫模得到預(yù)成型樣品；將預(yù)成型樣品放入電爐中以60°C/h升溫速率，從室溫升至35(TC下燒結(jié)8h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出PTFE復(fù)合材料坯件；將燒結(jié)固化后的PTFE復(fù)合材料坯件經(jīng)過普通的磨飾加工、表面處理后即得到PTFE復(fù)合材料制品。實(shí)施例2按照表1中實(shí)施例2的質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯，芳綸纖維和無機(jī)填料加入到高速混合機(jī)中攪拌2-3分鐘充分混料均勻；將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至80MPa時(shí)，保壓40min后，脫模得到預(yù)成型樣品；將預(yù)成型樣品放入電爐中以60°C/h升溫速率，從室溫升至365t:下燒結(jié)6h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出PTFE復(fù)合材料坯件；將燒結(jié)固化后的PTFE復(fù)合材料坯件經(jīng)過普通的磨飾加工，表面處理后即得到PTFE復(fù)合材料制品。實(shí)施例3按照表1中實(shí)施例3的質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯，芳綸纖維和無機(jī)填料加入到高速混合機(jī)中攪拌2-3分鐘充分混料均勻；將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至100MPa時(shí)，保壓30min后，脫模得到預(yù)成型樣品；將預(yù)成型樣品放入電爐中以6(TC/h升溫速率，從室溫升至375t:下燒結(jié)6h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出PTFE復(fù)合材料坯件；將燒結(jié)固化后的PTFE復(fù)合材料坯件經(jīng)過普通的磨飾加工，表面處理后即得到PTFE復(fù)合材料制品。實(shí)施例4按照表1中實(shí)施例4的質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯，芳綸纖維和無機(jī)填料加入到高速混合機(jī)中攪拌2-3分鐘充分混料均勻；將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至120MPa時(shí)，保壓20min后，脫模得到預(yù)成型樣品；將預(yù)成型樣品放入電爐中以6(TC/h升溫速率，從室溫升至385t:下燒結(jié)4h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出PTFE復(fù)合材料坯件；將燒結(jié)固化后的PTFE復(fù)合材料坯件經(jīng)過普通的磨飾加工，表面處理后即得到PTFE復(fù)合材料制品。實(shí)施例5按照表1中實(shí)施例5的質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯，芳綸纖維和無機(jī)填料，其它工藝同實(shí)施例3，不再贅述。比較例1比較例1為純聚四氟乙烯材料。比較例2按照質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯70%，玻璃纖維18%和石墨12%加入到高速混合機(jī)中攪拌2-3分鐘充分混料均勻；將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至lOOMPa時(shí)，保壓30min后，脫模得到預(yù)成型樣品；將預(yù)成型樣品放入電爐中以60°C/h升溫速率，從室溫升至375t:下燒結(jié)6h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出PTFE復(fù)合材料坯件；將燒結(jié)固化后的PTFE復(fù)合材料坯件經(jīng)過磨飾加工，表面處理后即得到PTFE復(fù)合材料制品。隨機(jī)抽取用本發(fā)明制備的PTFE復(fù)合材料，比較例1純聚四氟乙烯材料和比較例2制備的PTFE復(fù)合材料制品測(cè)試樣件，測(cè)試其沖擊性能、拉伸性能、壓縮性能和硬度等力學(xué)性能及摩擦磨損性能。結(jié)果如表2所示。表2:三種不同的合材料制品性能數(shù)據(jù)比較6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表2可以看出用本發(fā)明制備的PTFE復(fù)合材料不僅沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和硬度等力學(xué)性能較好，而且摩擦系數(shù)較低，潤(rùn)滑效果增強(qiáng)，耐磨壽命延長(zhǎng)，非常適合應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前后油封。本發(fā)明中所描述的具體實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管對(duì)本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。權(quán)利要求一種曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料，該復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成聚四氟乙烯60％-80％；芳綸纖維12％-25％；無機(jī)填料5％-15％；所述的無機(jī)填料為石墨、二硫化鉬、碳黑中的一種或多種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料，該復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成聚四氟乙烯65%-75%;芳綸纖維15%_20%;無機(jī)填料8%_13%;所述的無機(jī)填料為石墨。3.—種曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟A、配料、混料按照質(zhì)量百分配比稱取聚四氟乙烯60%-80%;芳綸纖維12%_25%;無機(jī)填料5%_15%加入到高速混合機(jī)中攪拌1-5分鐘充分混料均勻；B、壓制成型將上述混料均勻的原料粉加入塑料液壓成型機(jī)模具型腔內(nèi)，在室溫條件下，以3MPa/min的速率加壓至50_150MPa時(shí)，保壓10_50min后，脫模得到預(yù)成型樣品；C、燒結(jié)固化將預(yù)成型樣品放入電爐中以60°C/h升溫速率，從室溫升至350°C-400°C下燒結(jié)4-8h使其固化，然后溫度隨爐自然冷卻至室溫，取出油封坯件；D、后處理將燒結(jié)固化后的油封坯件經(jīng)過磨飾加工、表面處理后即得到曲軸前后油封。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟B中加壓至100MPa，保壓時(shí)間為30min。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟C中從室溫升至365°C_375°〇下燒結(jié)6h使預(yù)成型樣品固化。全文摘要本發(fā)明提供了一種曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料及其制備方法，屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油封材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。它解決了現(xiàn)有的油封復(fù)合材料因摩擦系數(shù)較大，對(duì)被磨件損傷大，制品機(jī)械強(qiáng)度不夠高的問題。本曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的成分組成聚四氟乙烯60％-80％；芳綸纖維12％-25％；無機(jī)填料5％-15％；其制備方法包括以下步驟A、配料、混料；B、壓制成型；C、燒結(jié)固化；D、后處理。本曲軸前后油封用PTFE復(fù)合材料的制備方法工藝流程簡(jiǎn)單，工藝步驟較少；得到的PTFE復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和硬度等力學(xué)性能較好，并且摩擦因數(shù)低，潤(rùn)滑效果強(qiáng)，耐磨壽命長(zhǎng)。文檔編號(hào)C08L27/18GK101717552SQ20091026001公開日2010年6月2日申請(qǐng)日期2009年12月23日優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日發(fā)明者劉強(qiáng),宋偉,李書福,李娜,楊健,趙福全,金建偉,馬芳武,高朝乾申請(qǐng)人:浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團(tuán)有限公司