[发明专利]一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法，以及应用该复合材料制备耐腐蚀泵过流组件的工艺，属于耐腐蚀材料及应用技术领域。

背景技术

在某些特殊的使用环境中，如石油、化工、制药等行业，各种酸性、碱性腐蚀性气体或液体及有机溶剂等，对铸铁或钢质液体输送泵或真空泵的腐蚀很强，使得泵很容易腐蚀损坏，使用寿命变短。

工业上先后采用了各种耐腐蚀材料或耐腐蚀处理方法来制造耐腐蚀泵，主要包括：直接采用不锈钢制造耐腐蚀泵，在泵的铸铁或钢质过流组件的表面衬陶瓷、衬橡胶或衬聚四氟乙烯等耐腐蚀塑料，这些方法无疑都极大改善了泵的耐腐蚀性能，但同时也都存在各自的缺点：不锈钢泵原材料价格高、制造成本高，且由于耐酸性腐蚀能力不高，仍易导致过流组件的腐蚀损坏；衬胶或衬塑泵，由于表面衬材与铸铁热胀系数的差别，在受热或受冷的过程中极易造成表面衬层的分离和脱落；陶瓷泵或衬陶瓷泵韧性不足、易损坏，且制造工艺过于复杂。

开发全塑料泵，利用塑料材料固有的耐腐蚀性，是解决泵耐腐蚀问题的另一个重要方法。全塑料泵是指泵的过流组件都由工程塑料制造，全塑料泵主要有以下优点：塑料成型过程生产效率高，节约能源；可以实现近型成型，后加工量很少；材料价格低，使得塑料泵的成本比金属大大降低；耐腐蚀能力强，在某些场合可代替或超过铜和不锈钢；与表面涂耐腐涂层的金属泵相比，不存在涂层磨损和脱落的问题，耐腐蚀寿命更长；与衬塑或衬胶泵相比，不存在衬层脱落或分层导致的防腐失效的问题。

耐腐蚀塑料泵根据使用场合的不同可采用各种各样的工程塑料，常用的工程塑料中，聚酰胺类材料容易吸湿，导致较大的膨胀率和湿热老化破坏；聚丙烯材料耐温能力不足，温度稍高即变形破坏；高密度聚乙烯抗蠕变能力不强，尺寸稳定性不好；超高分子量聚乙烯耐磨性极好，但抗张强度不高，构件在外力长时作用下容易发生沿外力蠕变导致的变形，继而导致泵的破坏；聚酯塑料包括PBT和PET，强度、刚度及硬度都比较高，但使用温度不高，在输送热流体或泵本身转动生热下，容易受热变软变形最终导致破坏；氟塑料耐腐蚀性能极好，但强度不高，很难单独用作泵结构材料，一般用作泵的耐腐衬里。

发明专利CN03112595.6及CN200810237784.4叙述了一种纤维增强酚醛玻璃钢耐腐蚀真空泵及其制造方法，它的过流组件采用纤维增强及石墨填充的酚醛树脂基复合材料，模具化整体压制而成，这种方法改善了真空泵的耐腐蚀性，不存在衬层脱落的问题，但由于酚醛模塑料本身质脆，强度不高，粘接树脂很容易碎裂，使用过程中泵叶轮容易断裂。另外酚醛玻璃钢容易吸湿，导致材料的膨胀变形和加速老化，进而破坏，所以酚醛玻璃钢用作耐腐蚀泵材料也有缺点。

聚苯硫醚是一种新型的高性能热塑性工程塑料，具有优异的机械性能、耐热性及耐腐蚀性，尤其是聚苯硫酸具有优良的耐腐蚀性，其耐腐蚀性能接近聚四氟乙烯，是性能优良的防腐蚀塑料，聚苯硫醚在175℃以下不溶于所有的溶剂，250～300℃不溶于烃、酮、醇等大部分溶剂，除强氧化性酸如氯磺酸、硝酸外，耐酸碱性极强，甚至连沸腾的盐酸和氢氧化钠也不起作用，因此它是一种非常理想的耐腐蚀材料。聚苯硫醚加工性能优良，熔体粘度低，可以很容易的采用模压、注塑和挤出的方法成型。聚苯硫醚强度高、模量大，成型产品尺寸稳定性高，所以聚苯硫醚很适合于精密成型。聚苯硫醚具有卓越的耐高温性能，交联后有效工作温度在290℃以上。另外，聚苯硫醚的吸水性和吸油性小，在潮湿、有油及腐蚀性气体环境中，聚苯硫醚制品仍具有优良的尺寸稳定性。综合以上特点，聚苯硫醚特别适合用于在高湿、强腐蚀的环境下的泵过流组件的制备。

纯聚苯硫醚是结晶聚合物，虽然硬度很高，但性脆、韧性不高、强度不够，需要对其改性后才能用作泵材料。聚苯硫醚的改性主要有以下几个方向：

①提高聚苯硫醚的强度；

②提高聚苯硫醚的抗冲击性；

③提高聚苯硫醚材料的自润滑性和耐磨性。

现有的改性方法比如纤维增强、刚性粒子提高耐磨性和硬度、合金化增强增韧等，往往只能改善其中一种性能，而要应用于耐腐蚀泵材料，仅仅一方面性能的提高是不够的，耐腐蚀泵材料是材料各种极端性能特点的综合，比如：为防止“气蚀”现象对过流组件的损害，需要组件材料高硬耐磨；为了保证泵的安装精度，需要材料具有类似金属材料的极高的模量和强度；为保证泵在使用环境中不因高温变形，需要材料具有极高的热变形温度等等。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法，并在此基础上提出了应用该复合材料制备耐腐蚀泵过流组件的工艺。