[发明专利]聚醚醚酮复合材料、制备方法及密封件的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚醚醚酮复合材料、密封件应用及制备方法，尤其是纳米材料增强改性聚醚醚酮密封件(KT-PEEK)及制备方法，属于密封材料制品领域。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有诸多显著优势，特点如：耐高温、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐辐照性、绝缘性稳定、耐水解和易加工等，在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域广泛应用。

聚醚醚酮(PEEK)树脂的性能优异，应用广，PEEK树脂最早在航空航天领域获得应用，替代铝和其他金属材料制造各种飞机零部件。汽车工业中由于PEEK树脂具有良好的耐摩擦性能和机械性能，用作制造发动机内罩的原材料，用其制造的轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的传动、刹车和空调系统中被广泛采用。PEEK树脂是理想的电绝缘体，在高温、高压和高湿度等恶劣的工作条件下，仍能保持良好的电绝缘性能，因此电子信息领域逐渐成为PEEK树脂第二大应用领域，在化工机械领域可制造输送超纯水的管道、阀门和泵；在半导体工业中，常用来制造晶圆承载器、电子绝缘膜片以及各种连接器件。作为一种半结晶的工程塑料，PEEK不溶于浓硫酸外的几乎所有溶剂，因而常用来制作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件。

为了进一步满足制造高精度、耐热、耐磨损、抗疲劳和抗冲击零部件的要求，对PEEK进行共混、填充、纤维复合等增强改性处理，可以得到性能更加优异的PEEK复合材料。PEEK与聚醚共混后的复合材料，在具有良好力学性能的同时，又使阻燃性能得到了提高；在PEEK中加入专用酚醛树脂制成的材料，具有特殊的抗摩擦性能；PEEK与聚四氟乙烯共混制成的复合材料，在保持PEEK的高强度、高硬度的同时，还具有突出的耐磨性，可用于制造滑动轴承、密封环等机械零部件；与碳纤维和玻璃纤维等多种纤维进行改性增强，可制成高性能的纤维增强的PEEK复合材料，具有优异的抗蠕变、耐湿热、耐老化和抗冲击性能，还可大幅度提高材料的拉伸和弯曲强度；在PEEK中加入晶须材料，可提高材料的硬度、刚性及尺寸稳定性，用于制造大型石化生产线上的氢气压缩机和石油气压缩机的环状、网状阀片等。

阀门和管道在工业输运中十分重要，其密封问题值得重视，否则跑、冒、滴、漏浪费资源会非常严重，随着世界各国对环保要求也越来越高，节省能源、提高输运效率、杜绝浪费是必须的要求。现有技术中，阀门的阀座材料等密封件大部分采用聚四氟乙烯、尼龙、石墨、碳纤维/玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料、不锈钢等材料。其优缺点都很明显：聚四氟乙烯材料耐腐蚀性好，摩擦系数小，对阀门的扭矩也小，但耐温差，长期使用温度≤200℃，而且易蠕变导致泄漏；石墨材料耐高温，比重轻，但不耐压，易破碎导致泄漏；尼龙材料抗压、硬度好，价格相对便宜，但耐腐蚀远不如聚四氟乙烯，耐温也相对低于聚四氟乙烯；碳纤维/玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料比纯聚四氟乙烯材料耐压、耐磨损、耐温有所提高，但因为该材料的树脂基材70份仍然是氟树脂，它温度只能在≤250℃工作，长期使用温度≤200℃，而且耐水解性差；金属材料，例如不锈钢、耐温、耐压、耐腐蚀性较好，但摩擦系数大、比重大，不能恢复弹性，密封效果不好。

聚醚醚酮的性能好，但其成本高，因此须保持耐腐蚀、耐温、耐压的聚醚醚酮优异性能的前提下，还须进一步提高机械性能，提高耐压和耐磨损的强度，同时降低成本的聚醚醚酮的复合材料的制口和制备工艺还未被提出。

发明内容

本发明的目的是，提出一种聚醚醚酮复合材料、制备方法及密封件应用，保持聚醚醚酮原有的耐腐蚀、耐温、耐压的优异性能，又进一步提高机械性能，尤其是提高耐压和耐磨损的强度，同时降低成本的，更有利于该材料的使用与推广。

本发明目的还在于：密封件应用中采用金属增强聚醚醚酮复合材料制作而成的阀座等密封件，解决流体工程中的控制系统密封。本发明的目的还在于：提供一种既耐压、耐高温，长期使用温度260℃，耐水解性好，同时耐腐蚀、抗蠕变。完全可以满足当前国际国内的各种阀门阀座密封件的需求。

本发明的技术解决方案是：聚醚醚酮复合材料，由聚醚醚酮、纳米粒子、填充材料、助剂材料组成，按重量计算，其组成如下：聚醚醚酮粉75～95份、纳米粒子5～10份、填充材料10～20份、助剂2～5份。

所述填充材料是：玻璃纤维、碳纤维、石英粉、二硫化钼或碳粉，玻璃纤维或碳纤维可以添加石英粉、二硫化钼或碳粉之一种、二种或两种，所述比例均为重量比。玻璃纤维或碳纤维也可以混合填充。