CN100529007C - 无毒耐高压密封材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无毒耐高压密封材料，属聚合物复合材料。由下述重量份的原料混炼制备而成：超高分子聚乙烯UHMWPE：65～85份，铜粉质量分数：10～20份，石墨粉：2～6份，碳纤维：2～6份，硅胶：1～5份。本发明具有以下优点：摩擦系数小，一般情况下约为0.2左右，有润滑液存在时小于0.06；机械强度高，耐磨损；成本低，具有良好的性能价格比；无毒，耐腐蚀性能良好。

Description

无毒耐高压密封材料

技术领域

本发明属聚合物复合材料，具体是一种无毒耐高压密封材料

背景技术

密封制品是各类机械的重要基础元件，几乎所有的工业部门都离不开它。密封元件的质量如何，直接关系到机器的使用寿命及运转可靠性。如果密封件质量低劣，轻则带来损失和麻烦，重则会造成恶性事故。

食品加工、制药等行业的机械设备，由于其特殊的行业需要，不仅要求密封元件密封效果好，耐磨损性能强，而且还要求密封材料具有无毒、无臭等特点。这些行业的机械设备中的密封元件，工作环境温度高，承受负荷大，而且使用过程中往往需要动态密封。目前国内还未进行这方面的系统研究，所使用的成型产品大都是橡胶材料制作，不能较好满足实际需求。以高压食品机械为例，由于生产过程中工作压力较高，密封圈所承受的负荷较大，在设备运行过程中经常碰到密封件损坏情况，有的密封件只能使用1～2个月，甚至更短的时间，就需要更换，给企业的连续生产带来了麻烦。且由于设备经常泄漏，来不及更换，泄漏的气体、物料等严重污染了操作环境，破坏了稳定的生产局面。因此，目前的实际生产现场迫切需要一种能在较长的周期下，稳定地实现无油润滑高压密封的、符合卫生、理化标准的无毒材料。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的上述不足，提供一种无毒耐高压密封材料，以UHMWPE为基体，添加聚合物、碳纤维及少量无机物颗粒作为增强剂，与UHMWPE充分混合压塑成型，形成具有优良密封性能和摩擦磨损性能的无毒耐高压的超高分子聚乙烯UHMWPE基复合密封材料。

超高分子聚乙烯(UHMWPE)是在聚乙烯基础上发展起来的新型的粘弹性高分子材料，分子量比一般聚乙烯高出几个数量级，分子链之间缠绕，形成物理交联，可有效地松弛应力，具有高抗冲击性、良好的耐磨性和生物相容性。但纯UHMWPE吸水性较强，抗蠕变能力差，这使得其机械性能降低，尺寸稳定性受到影响，在一定程度上限制了其优良性能的充分发挥。为进一步提高材料性能，克服缺点，人们在纯UHMWPE中加入各种填料以增强其性能。目前常用的填料为无机物颗粒及各类纤维。由于复合材料制备时可通过对原材料的选择、各组分分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而增强后的复合材料可以在保留UHMWPE优良性能的同时，大大提高其机械强度及抗蠕变能力，呈现出优良的综合性能。

本发明的技术方案如下：一种无毒耐高压密封材料，由下述重量份的原料混炼制备而成：

超高分子聚乙烯UHMWPE：65～85份，

铜粉质量分数：10～20份，

石墨粉：2～6份，

碳纤维：2～6份，

硅胶：1～5份；

所述铜粉和石墨粉是经硅烷偶联剂处理的铜粉和石墨粉。

所述的铜粉粒度范围为10～24μm，石墨粉粒度范围为15～30μm。

所述的碳纤维体增强剂是置于空气中经过氧化处理后的PAN基碳纤维，亦称聚丙烯腈基碳纤维，

具体制备方法如下：

①.将粒度范围10～24μm的铜粉Cu和粒度范围15～30μm石墨粉分别加入质量1.5～2％的硅烷偶联剂和大于材料体积一倍以上的丙酮后超声振荡30分钟，然后放入50～90℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200目筛，备用；

②.PAN基碳纤维在空气中氧化处理，备用；

③.按质量份：超高分子聚乙烯UHMWPE 65～85份，铜粉10～20份，石墨粉2～6份，碳纤维2～6份和硅胶1～5份混合后在球磨机内混料6～8小时得固体混合物；

④.将固体混合物置于模具内加热至200～220℃，加压10～15MPa成型；

⑤.将成型产品置于干燥箱内，在80～100℃温度下保温2～4小时，消除产品内应力。

本发明以超高分子聚乙烯为基体材料，加无毒且性能稳定的聚合物、碳纤维及少量无机物颗粒增强体，铜粉为抗蠕变剂，石墨为减磨剂开发出一种成型工艺良好，具有优良密封性能和摩擦磨损性能的耐高压高分子类复合密封材料。该类材料在保持UHMWPE优良性能的同时，提高了其硬度、弹性模量及抗疲劳磨损性能。与现有的其它密封材料相比，该类复合材料无毒副作用，力学强度高、摩擦系数低、抗磨损能力强，在高温高压工作条件下可以有效延长密封器件的使用寿命。该类材料预计在食品、医药等行业将具有良好的发展前景。

本发明具有以下优点：

1、摩擦系数小，一般情况下约为0.2左右，有润滑液存在时小于0.06；

2、机械强度高，耐磨损；

3、成本低，具有良好的性能价格比；

4、无毒，耐腐蚀性能良好。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的方案。

实施例

将铜粉(Cu，粒度范围10～24μm)和石墨粉(粒度范围15～30μm)分别加入质量1.5～2％的硅烷偶联剂和相当于铜粉或石墨粉体积2倍的丙酮后超声振荡30分钟，然后放入80℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200目筛。PAN基碳纤维在空气中氧化处理。按质量分数铜粉：15份，石墨粉：4份，碳纤维：2份，硅胶：2份与77份超高分子聚乙烯UHMWPE混合后在球磨机内混料8小时，然后置于模具内加热至220℃，加压15MPa，冷却后将产品置于干燥箱内，在100℃温度下保温4小时，即可得到最终产品。

Claims (3)

1、一种无毒耐高压密封材料，其特征在于：由下述重量份的原料混炼制备而成：

超高分子聚乙烯UHMWPE：65～85份

铜粉质量分数：10～20份

石墨粉：2～6份

碳纤维：2～6份

硅胶：1～5份；

铜粉和石墨粉是经硅烷偶联剂处理的铜粉和石墨粉；所述的碳纤维是置于空气中经过氧化处理后的PAN基碳纤维。

2、根据权利要求1所述的一种无毒耐高压密封材料，其特征在于：所述的铜粉粒度范围为10～24μm，石墨粉粒度范围为15～30μm。

3、一种权利要求1所述的无毒耐高压密封材料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：

①.将粒度范围10～24μm的铜粉Cu和粒度范围15～30μm石墨粉分别加入质量1.5～2％的硅烷偶联剂和大于材料体积一倍以上的丙酮后超声振荡30分钟，然后放入50～90℃干燥箱内，待丙酮蒸发后取出研磨并过200目筛，备用；

②.PAN基碳纤维在空气中氧化处理，备用；

③.按质量份：超高分子聚乙烯UHMWPE 65～85份，铜粉10～20份，石墨粉2～6份，碳纤维2～6份和硅胶1～5份混合后在球磨机内混料6～8小时得固体混合物；

④.将固体混合物置于模具内加热至200～220℃，加压10～15MPa成型；

⑤.将成型产品置于干燥箱内，在80～100℃温度下保温2～4小时，消除产品内应力。