[发明专利]一种基于聚苯硫醚和碳化硅复合材料、制备工艺及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料，特别是一种基于聚苯硫醚和碳化硅复合材料、制备工艺及其用途。

背景技术

工业用泵特别是化工和冶金用泵，由于其工况条件和介质的特殊性，在有腐蚀和磨损的工况条件下一般为双相不锈钢、陶瓷或者氟塑料等作为泵过流部件的材料，尽管以上材料在工业用泵材料中已经普遍使用，但存在着很多不足，316L、CD4MCU、CR30、F33、A05等不锈钢材料由于其主要成分为有色金属，价格高昂，并且在稀硫酸、含氯离子等卤族元素的强氧化介质中同样发生腐蚀，不能满足工矿条件的需要，使用寿命也很短。工业陶瓷材料尽管很硬，也耐磨损和酸性介质的腐蚀，但此材料很脆，不耐大颗粒物的冲击，在设备检修过程中也容易造成过流部件的损坏，从而限制了陶瓷材料在工业用泵行业的运用。氟塑料、高分子量的聚乙烯等工程塑料材料尽管有优异的耐腐蚀性能，但本身材料机械强度不高，一般是和金属材料进行复合使用，由于此类材料和金属材料的热膨胀系数不一样，在温度比较高的介质中会造成塑料和金属材料的剥离，从而也会使泵零件损坏，这就限制了此材料的使用温度。并且塑料材料本身较软，不能用于含固体颗粒物较多的介质使用。

聚苯硫醚(英文名为Polyphenylene Sulfide，缩写为PPS）是一种热固性树脂的白色或米黄色粉状物，其结构为苯环和硫的重复相连，结构式为（C₆H₄S）_n，密度1.34～1.36g/cm3，熔点280～290℃，连续使用温度200℃～240℃，分解温度为>400℃。

碳化硅材料是在高温状态下，以SiO2存在形式的Si和碳结合形成碳化硅，其相对金刚石硬度为9.7(金刚石硬度=10)。由于颗粒大小不一，本身很高的硬度值，用碳化硅作为硬质相制备的复合材料就具备了很高的耐磨性，碳化硅＋SIN制成的工业陶瓷材料已经在陶瓷泵和铸铝行业耐热管的零件上运用，但因此类工业陶瓷材料本身很脆，几乎没有韧性，几乎不耐大颗粒物的冲击，这也限制了工业陶瓷材料在冶金和化工行业泵类的开发和利用。

如前所述，由于以上工程材料都成在一定的不足，不能完全满足冶金和化工领域的需求，那么能不能找到一种材料，此材料既要耐化学介质的强氧化腐蚀，又要耐介质中含固体颗粒物的冲刷磨损，并且还能适合较高的使用温度，在使用寿命上比原有材料成倍增加，从而有很高性价比的工程材料投入工业泵的生产，这将使我们从事材料研究和泵类设计生产者不懈追求的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种化学稳定性好、机械性能好、制造成本低和使用寿命长的基于聚苯硫醚和碳化硅复合材料的制备工艺及其用途，解决了冶金和化工行业用泵的材料问题和PPS、PEEK工程材料难加工成型的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于聚苯硫醚和碳化硅复合材料，它包括以下组分：聚苯硫醚：10～50份；碳化硅：20～70份；碳纤维：5～20份；聚醚醚酮4～30份；偶联剂2～10份。

一种基于聚苯硫醚和碳化硅复合材料的制备工艺，它包括以下步骤：

S1、混料：将上述比例量的聚苯硫醚、碳化硅、碳纤维和聚醚醚酮进行充分搅拌，混合均匀后加入比例量的偶联剂，至湿润状态；

S2、模具成型：将上述混合均匀的混合物加入木模中，充分夯实，并在室温环境下保持5h～7h，充分定型；

S3、干燥：将零件从木模中取出，在室温环境下放置24h～38h，至零件充分干燥；

S4、高温热处理：将步骤S4得到的零件放入热处理炉中，加热至360℃～380℃，然后保温10h～14h，聚苯硫醚和聚醚醚酮充分熔化，并与碳纤维和碳化硅的硬质相形成包裹和交联状态后，取出缓慢冷却至室温；

S5、退火热处理：将经过高温热处理的零件加热到250℃～270℃，保温24h～36h，至聚苯硫醚形成交联状态后取出；

S6、机加工：按照工艺要求，对步骤S6所得到的零件进行机械加工。

所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯、磷酸酯、铬络合物或锆类偶联剂中的至少一种。

基于聚苯硫醚和碳化硅复合材料用于制造工业用泵的泵体、叶轮或泵护板。

本发明具有以下优点：

1、聚苯硫醚中硫原子与苯环交互整齐排列，由于苯环结构的刚性和耐热性以及苯环与硫之间化学键的稳定性，赋予其分子高度稳定的化学键特性，并易于堆积成热安定性较强的结晶格子，具有优良的化学稳定性。