纳米盘根填料及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米盘根填料，包括盘根基体材料和添加剂，所述的添加剂中包括特种纳米抗磨缓蚀剂，特种纳米抗磨缓蚀剂占盘根填料总重量的８％～４６％，本发明专利技术还公开了它的制造方法。这种纳米盘根填料是将现有的盘根基体材料或盘根浸渍了特种纳米抗磨缓蚀剂，将盘根填料的摩擦系数从０．１～０．２，降到了０．０４～０．０７，极大的降低摩擦力，减少了磨损，在根本上解决了传统盘根不耐磨、对轴有磨损、轴功率消耗大等缺点，同时单分子的纳米保护膜有效的防止了设备的腐蚀，从而可以大大的提高盘根的密封性能和延长设备的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于密封，尤其涉及流体介质的密封材料，具体来说为纳米盘根填料，本专利技术还涉及这种纳米盘根填料的制造方法。
技术介绍
密封领域通常将密封分为静密封和动密封。盘根填料密封在静、动密封中都有广泛的应用，在正确使用盘根填料时，基本上不会改变盘根填料的密封基理，这时盘根填料的密封性能就主要取决于盘根填料的材料组成，这就要求盘根填料既要有静密封材料的良好压缩率、回弹率及应力松弛率等性能，而且还要求应具有动密封材料优良的韧性、抗拉性、回复性、耐磨性、自润滑性、热传导性、防腐性等性能，所以材料及材料特性一直是密封领域研究的重点。盘根填料基本上是由密封材料基体、粘结剂、润滑剂和特种添加剂组成。密封材料基体通常有石棉、高纯度石墨、聚四氟乙烯纤维、芳纶纤维、碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维等等。粘结剂通常有天然橡胶、合成橡胶等。润滑剂通常有石墨、PTFE溶液、二硫化钼、矿物油、动植物油等等。特种添加剂通常有锌微粒、阻隔剂、钼基缓蚀剂等等。而这些材料虽然都具有一些优良的特性，但同时也具有一定缺陷，如高纯度石墨易碎、碳纤维易脆、芳纶纤维自润滑性差、PTFE纤维抗拉性差等，只有克服这些密封材料基体材料本身存在的缺陷，才能成就卓越的密封效果和超常的使用寿命。虽然现有盘根填料在原材料上不断的提高其纯度和其加工工艺，使其在抗拉强度、导热系数、热膨胀系数、密度、化学稳定性等方面的性能都有显著提高，但是盘根的摩擦系数和对设备的腐蚀问题始终没有得到大的改善，从而直接影响了盘根的密封性能和设备的使用寿命。剖析传统的泵用盘根填料的密封缺点，最主要的解决办法就是有效的降低盘根填料与轴或轴套的摩擦系数和防止泵轴或轴套的锈蚀。因为大的摩擦系数会产生较大的摩擦力，使泵轴产生磨损，从而破坏密封面导致泄露。同时生成大量的摩擦热，材料中的硫、氯离子在温度的作用下会锈蚀破坏密封面，从而加大泄漏量，这就大大影响了盘根的密封性能和设备的使用寿命。剖析传统的阀用盘根填料的密封缺点，最主要的解决办法就是有效的防止阀杆的腐蚀和降低盘根与阀杆的摩擦系数。因为阀杆的腐蚀易使密封面损伤从而导致泄露，同时产生较大的摩擦力，易使盘根和阀杆磨损从而降低盘根和阀门的使用寿命。纳米是长度计量单位(nm)，为一米的十亿分之一，约为人头发丝的五六万分之一。当材料被细化到纳米量级时，其物理反映极其活跃—声、光、磁、热、力学等可能产生特殊的变化，纳米粒子将显示出小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，使纳米微粒具有该材料在宏观尺寸时所不具备的许多奇异的物理、化学特性，这四大特征效应为发展纳米技术系列产品打下了坚实的理论基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种低摩擦系数和低腐蚀的纳米盘根填料，以达到提高盘根的密封性能和延长盘根及设备的使用寿命的目的。本专利技术的另一目的是提供制造该纳米盘根填料的方法。本专利技术提出的任务是由下列技术方案来完成的一种纳米盘根填料，包括盘根基体材料和添加剂，所述的添加剂中包括特种纳米抗磨缓蚀剂，特种纳米抗磨缓蚀剂占盘根填料总重量的8％～46％。所述的特种纳米抗磨缓蚀剂，由特种纳米无机化合物与润滑油组成，特种纳米无机化合物在润滑油中的含量为12～36％，特种纳米无机化合物的粒径为10～50纳米。所述的特种纳米无机化合物为碳化硅SiC与氮化硅Si3N4中的至少一种。所述的润滑油为普通开式齿轮油、工业闭式齿轮油或食用级润滑油。这种纳米盘根填料的制造方法，包括将盘根基体材料编织成盘根的过程，还包括将盘根基体材料在特种纳米抗磨缓蚀剂中浸渍或/和将整形后的盘根在特种纳米抗磨缓蚀剂中浸渍的过程，该浸渍过程为将盘根基体材料或编织好的盘根在特种纳米抗磨缓蚀剂中浸渍2～24个小时，捞出后在30～80℃的环境温度下烘2～8小时。所述的特种纳米抗磨缓蚀剂的生产方法是按配方称取特种纳米无机化合物与润滑油，把特种纳米无机化合物加入润滑油中，充分搅拌后在30～45℃的温度下放置2～3小时。本专利技术是将现在各种盘根的基体材料如柔性石墨、苎麻纤维、聚四氟乙烯纤维、芳纶纤维、碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维等线材，进行浸渍了特种纳米抗磨缓蚀剂，再通过各种盘根编织机械进行盘根的加工，在加工完后可再次浸渍特种纳米抗磨缓蚀剂，通过浸渍特种纳米抗磨缓蚀剂，可以使这种纳米材料充分的附着和渗入盘根的表面和内部，在使用过程中，这种纳米材料会在压力和环境温度的作用下，在盘根和设备表面形成一层致密的纳米非金属保护膜，这种纳米非金属保护膜能修复金属材料表面的不平整度，大大降低了材料间的摩擦系数，从而防止了磨损，同时这种纳米非金属膜阻止了金属材料的化学和电化学的腐蚀。纳米盘根填料的抗磨工作原理和应用在使用纳米盘根填料时，盘根中的特种纳米抗磨防蚀剂，在预紧力的作用下被挤，并迅速扩散到密封面上，随着机械的运转将其带到所有有摩擦的金属表面即密封面，在一定温度和压力下激活，牢固的渗嵌到金属机件表面凹痕和微孔中，并在金属表面形成纳米保护膜，使原有的金属间的油脂膜或化学膜变成纳米膜，从而极大的降低摩擦力。经检测，普通盘根填料的摩擦系数为0.1～0.2，而本专利技术可将摩擦系数降到0.04～0.07。现场比对用芳纶纤维作为密封材料基体，经本专利技术方法生产而成的纳米芳纶盘根应用在火电厂的污水泵上，泵轴直径为80mm，转速1290r/min，介质为污水，颗粒量30％，温度为80～100摄氏度，压力为20bar，连续运转2个月后，进行更换盘根时，轴套上无明显磨损。而采用普通的芳纶盘根，同样的工况和运行周期，轴套上会有0.8～1.1mm深的磨损，可见采用纳米盘根填料能有效的降低磨损和提高设备的使用寿命。纳米盘根填料的防蚀工作原理和应用在压紧纳米盘根填料时，盘根中的特种纳米抗磨防蚀剂被挤出，并迅速扩散到密封面上，纳米分子渗入到金属表面细孔中，在金属表面形成了0.03-0.05微米无法破坏的单分子纳米保护薄膜，以防止金属材料的电化学腐蚀。现场比对；用柔性石墨为盘根密封材料基体，用本专利技术方法生产的纳米高纯度石墨盘根，应用在火电厂导热油阀门上，介质为68号L-TSA汽轮机油，温度为80～120℃，压力为60bar，使用3个月后，阀杆无腐蚀现象，无泄漏。而采用传统的高纯度石墨盘根在同样的工况和使用周期中，阀杆有严重腐蚀剥落和磨损现象，并存在严重泄漏现象。由此可说明纳米盘根填料的卓越防蚀性能，有效的提高了设备的使用寿命。由上述可见，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点纳米盘根填料是将现有的盘根基体材料、盘根浸渍了特种纳米抗磨缓蚀剂，在不改变盘根的抗拉强度、导热系数、热膨胀系数、密度、化学稳定性等方面性能的基础上，最主要的是将盘根填料的摩擦系数从0.1～0.2，降到了0.04～0.07，极大的降低摩擦力，减少了磨损，从而在根本上解决了传统盘根不耐磨、对轴有磨损、轴功率消耗大等缺点。同时单分子的纳米保护膜有效的防止了设备的腐蚀。因此，极大地提高盘根的密封性能和延长设备的使用寿命，这是纳米盘根填料有别于传统盘根最突出的两个特点和作用。具体实施例方式实施例1制取特种纳米抗磨缓蚀剂称取粒径小于20纳米的碳化硅(SiC)1.5千克、氮化硅(Si3N4)0.25千克，将10千克市售的32号食用级润滑油通过400目的滤网过滤，并将润本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米盘根填料，包括盘根基体材料和添加剂，其特征在于：所述的添加剂中包括特种纳米抗磨缓蚀剂，特种纳米抗磨缓蚀剂占盘根填料总重量的８％～４６％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志伟，
申请(专利权)人：张志伟，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]