一种基于纤维织物加强体的压缩机阀片和阀环及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片及材料制备和加工方法，尤其是一种取代传统钢制网状阀片并与传统钢制阀片等厚度，质量密度只有同尺寸传统钢制阀片四分之一的CF/PI薄片加工原料，通过热压及机械加工方式获得的压缩机阀片和阀环。阀片内置的CF/PI高强度纤维编织物，上述纤维编织物采用耐高温、高强度树脂作为基体，通过热压复合技术制得阀片圆板，并通过加工中心获得阀片制品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机阀片和阀环及材料制备和加工方法，尤其是一种取代传统钢制网状阀片并与传统钢制阀片等厚度，质量密度只有同尺寸传统钢制阀片四分之一的CF/PI薄片加工原料，通过热压或机械加工方式获得的压缩机阀片和阀环。
技术介绍
往复式压缩机气阀阀片作为通用机械领域工况最恶劣、价格最昂贵的易损件之一，每年都会因为阀片破裂失效造成相当的停机损失，而且耗费工业部门大量的采购资金。目前阀片的材料主要有钢制阀片、塑料阀片（PEEK）、增强塑料阀片（PEEK填充碳纤维切断的短丝），其中尤其钢制阀片易断裂、噪音大，疲劳寿命短，已经被业界所公认。近20年，在一些关键工业部门，如石化、化工的工艺流程压缩机，PEEK塑料阀片已经逐步替代了钢制阀片，并在一些介质干净、低转速、中压和低压差的工况下取得了理想的使用寿命。但是PEEK塑料是一种半结晶脆性材料，长期使用会出现疲劳裂纹并发生断裂、边缘“掉渣”等现象。为了改善PEEK阀片的性能，减少疲劳断裂，近10年逐步又出现了使用20%~30%碳纤维切断丝填充改性的增强PEEK塑料，使用性能优异，但是由于使用切断丝混杂填充，并没有彻底解决PEEK作为脆性材料不耐冲击、疲劳强度低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片及材料制备和加工方法，该阀片为目前PEEK塑料阀片和PEEK改性塑料阀片存在的疲劳断裂、掉渣的问题提供了解决途径。阀片内置的CF/PI高强度纤维编织物对提高阀片的结构强度、疲劳强度、抗弯抗压性能起到了关键作用，其结构加强原理类似于混凝土中内置的螺纹钢筋，或者汽车轮胎的帘子布（Cordfabrics），从而改善了纯PEEK塑料阀片的材料脆性和铣削加工后孔槽的结构缺陷。对于PEEK填充碳纤维短切丝的改性塑料阀片，本方案优于前者的差异在于，前者的改性作用原理类同将建筑螺纹钢筋切成小段后混杂在混凝土中，改性作用有限，本专利技术CF/PI高强度纤维编织物采用碳纤维/聚酰亚胺长丝编织，提高了PEEK阀片的结构强度，尤其克服了原PEEK阀片使用后边缘断裂掉渣的问题。对上述纤维编织体采用耐高温、高强度树脂作为基体，通过热压复合技术制得阀片圆板。上述树脂包括BMI双马来酰亚胺(Bismaleimide),BMI与上述纤维编织体交联固化后具有良好的耐热性，优异的机械性能，耐潮湿、耐化学腐蚀，而且加工性能良好，成型工艺灵活,在石化、化工压缩机易损件领域具备应用前景。本专利技术采用的材料制备和加工方法之一步骤如下：步骤1）采用PI聚酰亚胺或其它耐高温树脂和CF碳纤维单向纤维加强体制作0.1~0.2mm树脂和纤维预浸料薄片，薄片纤维方向按一定错开角度（30度角，45度角或根据铺层厚度计算的平均错开角度）铺层后经过高温热压工艺制取获得阀片圆板，圆板厚度为1.5mm~10mm,圆板直径为20mm~500mm。根据不同工况压缩机对阀片强度的要求，上述CF碳纤维单向纤维加强体可以选用经纬交织双向碳纤维编织物、三维碳纤维编织物替代。步骤2）采用特制复合材料加工中心对阀片圆板进行常规加工、毛刺修整、表面珩磨，制得阀片成品。步骤3）阀片成品按照后期加工包括：网状阀片、阀环。步骤4）根据力学性能试验报告，通过高温热压工艺制取的碳纤维编织体阀片圆板材料具有高出其它非金属阀片材料（如聚酰胺混玻纤材料MT或PEEK）3~5倍的弯曲弹性模量，所以可以通过后期加工制得弹性和疲劳强度良好的单弹性臂网状阀片、双弹性臂网状阀片、三弹性臂网状阀片。步骤5）采用上述单弹性臂网状阀片、双弹性臂网状阀片、三弹性臂网状阀片，可以设计制造出取消气阀关闭弹簧、缓冲弹簧的新型气阀。本专利技术采用的材料制备和加工方法之二步骤如下：步骤1）采用PI聚酰亚胺纤维或其纤维级热塑性树脂纤维包覆混编CF碳纤维长丝，制作经纬交织双向编织物或X、Y、Z三轴方向三维编织物，若干层编织物按碳纤维平面X轴方向并按一定错开角度（30度角，45度角或根据铺层厚度计算的平均错开角度），每层编织物之间放置PI聚酰亚胺胶膜，并使最上层和最底层的铺层为PI聚酰亚胺胶膜，混合铺层后经过高温热压工艺制取获得阀片圆板，圆板厚度为1.5mm~10mm,圆板直径为20mm~500mm。步骤2）采用特制复合材料加工中心对阀片圆板进行常规加工、毛刺修整、表面珩磨，制得阀片成品。步骤3）阀片成品按照后期加工包括：网状阀片、阀环。步骤4）根据力学性能试验报告，通过高温热压工艺制取的碳纤维编织体阀片圆板材料具有高出其它非金属阀片材料（如聚酰胺混玻纤材料MT或PEEK）3~5倍的弯曲弹性模量，所以可以通过后期加工制得弹性和疲劳强度良好的单弹性臂网状阀片、双弹性臂网状阀片、三弹性臂网状阀片。步骤5）采用上述单弹性臂网状阀片、双弹性臂网状阀片、三弹性臂网状阀片，可以设计制造出取消气阀关闭弹簧、缓冲弹簧的新型气阀。所述错开角度是指不同铺层碳纤维编织方向之间的夹角。所述纤维编织物的纤维是指碳纤维、聚酰亚胺纤维、PEEK纤维。所述树脂是指热塑性树脂，包括：聚酰亚胺、PEEK树脂。所述树脂又指热固性树脂，包括：聚酰亚胺、中温和高温环氧树脂、BMI双马来酰亚胺树脂（聚酰亚胺树脂的一种）。与
技术介绍
相比，本专利技术具有的有益效果是：通过纤维增强体，提高了非金属阀片的疲劳强度，克服了现有PEEK阀片存在的边缘断裂“掉渣”的问题，提高了压缩机阀片的综合使用寿命。通过纤维增强体，获得一种高弯曲弹性模量的复合材料，为研制一种取消钢制弹簧弹性元件的往复式压缩机新型气阀提供了技术基础。附图说明图1是高性能CF/PI复合材料中心导向网状阀片实施例结构示意图图2是高性能CF/PI复合材料单弹性臂网状阀片实施例结构与铺层错角示意图图3是高性能CF/PI复合材料双弹性臂网状阀片实施例结构与铺层错角示意图图4是高性能CF/PI复合材料三弹性臂网状阀片实施例结构与铺层错角示意图图5是高性能CF/PI复合材料平面密封阀环实施例结构与铺层错角示意图图6是高性能CF/PI复合材料弧面密封阀环实施例结构与铺层错角示意图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案和实施方式作进一步说明。如图1：本专利技术的中心导向网状阀片为圆形铺层阀片，延同心圆方向铣削弧形孔槽，通过内置纤维编织物对阀片外缘、周向内环、径向加强筋进行加强，提高了阀片疲劳强度，减少了原PEEK阀片外缘断裂、掉渣的现象。如图2：本专利技术的单弹性臂网状阀片为圆形单向碳纤维铺层阀片，铺层厚度2mm，铺层纤维薄片厚0.1mm，总铺层数为20层，铺层之间错开角度为30度，延同心圆方向铣削弧形孔槽，通过内置纤维编织物对弹性臂提高弯曲弹性模量，对阀片外缘、周向内环、径向加强筋进行加强，提高了阀片疲劳强度，减少了原钢制阀片疲劳断裂的现象。如图3：本专利技术的双弹性臂网状阀片为圆形单向碳纤维铺层阀片，铺层厚度2mm，铺层纤维薄片厚0.1mm，总铺层数为20层，铺层之间错开角度为30度，延同心圆方向铣削弧形孔槽，通过内置纤维编织物对双弹性臂提高弯曲弹性模量，对阀片外缘、周向内环、径向加强筋进行加强，提高了阀片疲劳强度，减少了原钢制阀片疲劳断裂的现象。如图4：本专利技术的三弹性臂网状阀片为圆形单向碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片及材料制备和加工方法，阀片内置的CF/PI高强度纤维编织物，上述纤维编织物采用耐高温、高强度树脂作为基体，通过热压复合技术制得阀片圆板，并通过加工中心获得阀片制品。

【技术特征摘要】
1.一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片及材料制备和加工方法，阀片内置的CF/PI高强度纤维编织物，上述纤维编织物采用耐高温、高强度树脂作为基体，通过热压复合技术制得阀片圆板，并通过加工中心获得阀片制品。2.根据权利要求1所述的一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片，其特征在于：上述树脂包括BMI双马来酰亚胺(Bismaleimide)。3.根据权利要求1所述的一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片，其特征在于：采用PI聚酰亚胺或其它耐高温树脂和CF碳纤维单向纤维加强体制作0.1~0.2mm树脂和纤维预浸料薄片，薄片纤维方向按一定错开角度（30度角，45度角或根据铺层厚度计算的平均错开角度）铺层后经过高温热压工艺制取获得阀片圆板，圆板厚度为1.5mm~10mm,圆板直径为20mm~500mm。4.根据权利要求1所述的一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片，其特征在于：根据不同工况压缩机对阀片强度的要求，上述CF碳纤维单向纤维加强体可以选用经纬交织双向碳纤维编织物、三维碳纤维编织物替代。5.根据权利要求1所述的一种基于CF/PI纤维织物加强体的压缩机网状阀片和环状阀片，其特征在于：通过高温热压工艺制取的碳纤维编织体阀片圆板材料具有高出其它非金属阀片材料（如聚酰胺混玻纤材料MT或PEEK）3~5倍的弯曲弹性模量，可以通过后期加工制得弹性和疲劳强度良好的单弹性臂网状阀片、双弹性臂网状阀片、三弹性臂网状阀片。6.根据权利要求1所述的一种基于CF\...

【专利技术属性】
技术研发人员：常海城，
申请(专利权)人：康茨上海压缩机技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31