一种PEEK阀座的加工方法及其PEEK阀座与流程

本发明涉及复合材料加工，c08j5/00，尤其涉及一种peek阀座的加工方法及其peek阀座。

背景技术：

1、阀座用于支撑阀门阀芯全关位置并构成密封副，对阀座具有以下要求：高密封性、高强度、耐磨损、导热等。相较于，金属合金材质的阀座，芳香聚合物聚醚醚酮(peek)材质的阀座在密封性、耐磨性和加工性等方面的性能更加优良，在行业中已经得到了广泛的应用。

2、peek树脂是一种综合性能优异的特种工程塑料，在耐高温、自润滑、耐腐蚀、阻燃、耐水解、绝缘等方面具有突出的优势；采用peek材料代替金属耐磨材料已经成为了一种发展趋势，其主要应用的产品有：轴承、阀座、密封垫、衬套、齿轮、螺丝等等。但是，单一组分的聚醚醚酮在耐热性、机械强度、耐高温蠕变性能等方面还具有欠缺，无法满足要求较为严格的工业、汽车、航空和军事领域等领域。另外，peek材质产品的加工过程一般为注射成型或模压成型，对于模压成型，主要分为模压-预成型-烧结-冷却几个步骤，其中的加工参数对于peek复合材料的分子量、结晶度和孔隙率存在重要影响；如何在加工工艺和材料上进行优化，提高peek材质的阀座性能，是本技术所研究的内容。

3、中国专利cn111440342b公开了一种具有化学键强界面的cf/peek复合材料，其制备步骤为将碳纤维表面的上浆高温分解后进行微波和辐照处理，再将其与胺化peek浸渍反应，之后叠层热压，虽然其制备的复合材料具有较高的弯曲强度和模量，但是该工艺对层叠操作要求较高，制备过程复杂，不便于操作。中国专利cn 113202948a公开了一种耐热性peek球阀阀座及其加工工艺，通过peek树脂粉和填料、偶联剂等的协同作用，提高阀门的耐热性，但是该申请并未说明其所制备的阀座强度是否具有改善。

4、因此，需提供一种peek材质阀座和其加工工艺，提高所制备阀座的机械强度、润滑性、耐热性等性能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种peek阀座的加工方法，所述加工方法包括以下过程：预热-升温-烧结-冷却；其中升温过程采用分段式升温，冷却过程为自然冷却或分段式降温。

2、进一步地，所述方法为热压法：将peek阀座的制备原料置于热压机中依次进行预热、升温、烧结、冷却过程，即可。

3、进一步地，所述预热、升温和烧结需要加压，压力范围为15-60mpa。

4、进一步地，所述加工方法中，预热温度为200-280℃，保温时间为10-60min，施加压力为15-30mpa。

5、未预热的复合材料直接进行高温高压处理时，分子链的灵活性受到严重限制，成核速度快，样品中生成的薄片晶和层状分支较多；本技术先对复合材料进行预热，使内部分子链产生一定的活动区间，在进行高温热压时，分子链的活动能力增加，活动区间范围更广，复合材料更趋向于向具有更高晶胞尺寸的晶型生长，从而提高复合材料的结晶度。当预热温度低时，分子链运动能量不够，也容易产生热力学不稳定的晶型；在后续保温包压过程中，严格控制温度区间，使复合材料中peek等分子链具有合适的运动能力并产生规整的分子链排列，并保持其与纤维增强组分的浸润能力，提高复合材料的结晶度、屈服强度和弹性模量。

6、优选地，预热过程中，预热温度为240-270℃，保温时间为30-40min，施加压力为15-20mpa。

7、进一步地，所述升温过程采用三段式升温，依次为：

8、(1)以50-80℃/h的升温速率升温，于300-340℃区间内保温10-40min，施加压力为25-50mpa；

9、(2)以50-100℃/h的升温速率升温，于345-375℃区间内保温10-40min，施加压力为25-50mpa；

10、(3)以50-100℃/h的升温速率升温，于380-400℃区间内保温5-30min，施加压力为25-50mpa。

11、在一种优选的实施方式中，所述升温过程依次为：

12、(1)以50-80℃/h的升温速率升温，于310-330℃区间内保温10-20min，施加压力为25-30mpa；

13、(2)以80-100℃/h的升温速率升温，于350-370℃区间内保温10-20min，施加压力为30-40mpa；

14、(3)以80-100℃/h的升温速率升温，于380-400℃区间内保温5-15min，施加压力为30-40mpa。

15、进一步地，升温过程结束后，以80-100℃/h的升温速率继续升温并在430-460℃下进行烧结过程，烧结时间为5-20min，优选为5-15min。

16、在一种优选的实施方式中，烧结过程温度为430-440℃，烧结时间为10-15min，施加压力为40-50mpa。

17、进一步地，烧结过程结束后，启动冷却系统进行冷却，冷却方式为自然冷却或分段式降温冷却。

18、优选地，所述冷却过程采用分段式冷却，更优选地，冷却过程需保持一定压力。快速冷却时样品表面和内部冷却温差较大，样品急剧收缩导致晶体内部残余应力，晶体缺陷也增加；本技术优选采用分段式降温的方法对复合材料进行冷却，使复合材料中的分子链能够在既定的活动空间内缓慢结晶固化；并采用降温保压的处理方式，控制分子链的活动能力和分子间作用力，避免分子链在泄压下排列松弛带来刚性下降的问题。

19、进一步地，所述冷却过程依次为：

20、(1)降温至350-370℃，并卸压至30-40mpa，保温保压冷却20-60min；

21、(2)卸去压力，并降温至100-150℃，保持20-60min即可。

22、进一步地，所述冷却过程依次为：

23、(1)以20-70℃/h的降温速率降温至350-370℃，并卸压至30-40mpa，保温保压冷却20-60min；

24、(2)卸去压力，并以20-70℃/h的降温速率降温至100-150℃，保持20-60min即可。

25、进一步地，所述peek阀座的制备原料包括：按重量份计，基体树脂40-100份，高分子聚合物20-50份，无机填料5-20份，纤维5-20份，促交联剂10-15份。

26、进一步地，所述基体树脂包括peek树脂，还包括聚醚酮酮(pekk)、聚醚酮醚酮酮(pekekk)、聚四氟乙烯(ptfe)树脂中的至少一种。

27、优选地，所述基体树脂包括40-50重量份的peek树脂和20-30重量份的ptfe树脂。

28、所述peek树脂的颗粒平均直径为30-100μm，优选为40-60μm。

29、所述聚四氟乙烯的颗粒平均直径为20-100μm。

30、进一步地，所述高分子聚合物选自聚苯、聚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚苯硫醚中的至少一种。

31、进一步地，所述高分子聚合物为聚苯和聚酰亚胺，两者平均颗粒直径为20-50μm。

32、进一步地，所述高分子聚合物为5-10重量份的聚苯和25-40重量份的聚酰亚胺。

33、进一步地，所述无机填料包括但不限于炭黑、滑石粉、氧化铝、二硫化钼、锆英石粉、二氧化硅、二氧化钛、石墨、晶须中的至少一种。

34、在一种优选的实施方式中，所述无机填料包括二硫化钼、二氧化铝和二氧化硅，质量比为(1-3)：(2-5)：1。

35、进一步地，所述二硫化钼和二氧化铝的颗粒平均直径为0.02-2μm，优选为0.02-1μm。

36、进一步地，所述二氧化硅的颗粒平均直径为20-50nm。

37、进一步地，所述纤维选自玻璃纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维中的至少一种。

38、在一种实施方式中，所述纤维为2-5mm的短切碳纤维，长径比为5-10。

39、进一步地，所述促交联剂聚磷酸酯、聚磷酸盐、有机硅偶联剂、硼酸酯偶联剂、酞酸酯偶联剂中的至少一种。

40、优选地，所述促交联剂为聚磷酸盐和有机硅偶联剂的组合，两者质量比为1：(1-4)。聚磷酸铝可在体系中依靠磷酸酯链与其他树脂分子链产生作用，促进体系交联作用，且还会与硅烷偶联剂形成聚磷酸铝硅陶瓷增强相，但需控制两者的使用量，防止交联过强明显降低分子链流动性和复合材料的结晶晶型。

41、进一步地，所述聚磷酸盐包括但不限于其铵盐、钠盐、钾盐中的任意一种。

42、进一步地，所述有机硅偶联剂包括但不限于乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

43、优选地，所述有机硅偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧硅烷。

44、进一步地，所述peek阀座的制备原料中还可包括抗氧化剂、抗老剂、阻燃剂等助剂中的至少一种，本技术不对此做严格规定，根据需要调整。

45、其次，本技术还提供了一种通过上述加工方法制备的peek阀座。

46、有益效果

47、1、本技术在加热升温程序前设置了预热程序，给与复合材料中有机分子链合适的活动区间，避免直接加压升温造成不稳定晶型物质的生成，提高复合材料制备阀座的抗压强度和抗拉强度；

48、2、本技术在升温过程和冷却过程都采用了阶段性升温并包保压的方式，使复合有机分子链在结构中增加交联程度的同时，还能使其排列更加规整，实现两者的平衡，并抑制内部热应力的出现，提高复合材料的结晶度和耐热蠕变性；

49、3、本技术复配使用peek树脂、ptfe树脂、聚苯、聚酰亚胺、无机填料、纤维和交联剂，通过各组分的共同作用，使复合材料具有良好的相容性、加工流动性和交联程度，进一步增加其制备阀座的耐摩擦、机械强度、耐热蠕变性等性能。