一種基于纖維織物加強體的壓縮機閥片和閥環及制造方法技術

本發明專利技術公開了一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片及材料制備和加工方法，尤其是一種取代傳統鋼制網狀閥片并與傳統鋼制閥片等厚度，質量密度只有同尺寸傳統鋼制閥片四分之一的CF/PI薄片加工原料，通過熱壓及機械加工方式獲得的壓縮機閥片和閥環。閥片內置的CF/PI高強度纖維編織物，上述纖維編織物采用耐高溫、高強度樹脂作為基體，通過熱壓復合技術制得閥片圓板，并通過加工中心獲得閥片制品。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術提出一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機閥片和閥環及材料制備和加工方法，尤其是一種取代傳統鋼制網狀閥片并與傳統鋼制閥片等厚度，質量密度只有同尺寸傳統鋼制閥片四分之一的CF/PI薄片加工原料，通過熱壓或機械加工方式獲得的壓縮機閥片和閥環。
技術介紹
往復式壓縮機氣閥閥片作為通用機械領域工況最惡劣、價格最昂貴的易損件之一，每年都會因為閥片破裂失效造成相當的停機損失，而且耗費工業部門大量的采購資金。目前閥片的材料主要有鋼制閥片、塑料閥片（PEEK）、增強塑料閥片（PEEK填充碳纖維切斷的短絲），其中尤其鋼制閥片易斷裂、噪音大，疲勞壽命短，已經被業界所公認。近20年，在一些關鍵工業部門，如石化、化工的工藝流程壓縮機，PEEK塑料閥片已經逐步替代了鋼制閥片，并在一些介質干凈、低轉速、中壓和低壓差的工況下取得了理想的使用壽命。但是PEEK塑料是一種半結晶脆性材料，長期使用會出現疲勞裂紋并發生斷裂、邊緣“掉渣”等現象。為了改善PEEK閥片的性能，減少疲勞斷裂，近10年逐步又出現了使用20%~30%碳纖維切斷絲填充改性的增強PEEK塑料，使用性能優異，但是由于使用切斷絲混雜填充，并沒有徹底解決PEEK作為脆性材料不耐沖擊、疲勞強度低的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片及材料制備和加工方法，該閥片為目前PEEK塑料閥片和PEEK改性塑料閥片存在的疲勞斷裂、掉渣的問題提供了解決途徑。閥片內置的CF/PI高強度纖維編織物對提高閥片的結構強度、疲勞強度、抗彎抗壓性能起到了關鍵作用，其結構加強原理類似于混凝土中內置的螺紋鋼筋，或者汽車輪胎的簾子布（Cordfabrics），從而改善了純PEEK塑料閥片的材料脆性和銑削加工后孔槽的結構缺陷。對于PEEK填充碳纖維短切絲的改性塑料閥片，本方案優于前者的差異在于，前者的改性作用原理類同將建筑螺紋鋼筋切成小段后混雜在混凝土中，改性作用有限，本專利技術CF/PI高強度纖維編織物采用碳纖維/聚酰亞胺長絲編織，提高了PEEK閥片的結構強度，尤其克服了原PEEK閥片使用后邊緣斷裂掉渣的問題。對上述纖維編織體采用耐高溫、高強度樹脂作為基體，通過熱壓復合技術制得閥片圓板。上述樹脂包括BMI雙馬來酰亞胺(Bismaleimide),BMI與上述纖維編織體交聯固化后具有良好的耐熱性，優異的機械性能，耐潮濕、耐化學腐蝕，而且加工性能良好，成型工藝靈活,在石化、化工壓縮機易損件領域具備應用前景。本專利技術采用的材料制備和加工方法之一步驟如下：步驟1）采用PI聚酰亞胺或其它耐高溫樹脂和CF碳纖維單向纖維加強體制作0.1~0.2mm樹脂和纖維預浸料薄片，薄片纖維方向按一定錯開角度（30度角，45度角或根據鋪層厚度計算的平均錯開角度）鋪層后經過高溫熱壓工藝制取獲得閥片圓板，圓板厚度為1.5mm~10mm,圓板直徑為20mm~500mm。根據不同工況壓縮機對閥片強度的要求，上述CF碳纖維單向纖維加強體可以選用經緯交織雙向碳纖維編織物、三維碳纖維編織物替代。步驟2）采用特制復合材料加工中心對閥片圓板進行常規加工、毛刺修整、表面珩磨，制得閥片成品。步驟3）閥片成品按照后期加工包括：網狀閥片、閥環。步驟4）根據力學性能試驗報告，通過高溫熱壓工藝制取的碳纖維編織體閥片圓板材料具有高出其它非金屬閥片材料（如聚酰胺混玻纖材料MT或PEEK）3~5倍的彎曲彈性模量，所以可以通過后期加工制得彈性和疲勞強度良好的單彈性臂網狀閥片、雙彈性臂網狀閥片、三彈性臂網狀閥片。步驟5）采用上述單彈性臂網狀閥片、雙彈性臂網狀閥片、三彈性臂網狀閥片，可以設計制造出取消氣閥關閉彈簧、緩沖彈簧的新型氣閥。本專利技術采用的材料制備和加工方法之二步驟如下：步驟1）采用PI聚酰亞胺纖維或其纖維級熱塑性樹脂纖維包覆混編CF碳纖維長絲，制作經緯交織雙向編織物或X、Y、Z三軸方向三維編織物，若干層編織物按碳纖維平面X軸方向并按一定錯開角度（30度角，45度角或根據鋪層厚度計算的平均錯開角度），每層編織物之間放置PI聚酰亞胺膠膜，并使最上層和最底層的鋪層為PI聚酰亞胺膠膜，混合鋪層后經過高溫熱壓工藝制取獲得閥片圓板，圓板厚度為1.5mm~10mm,圓板直徑為20mm~500mm。步驟2）采用特制復合材料加工中心對閥片圓板進行常規加工、毛刺修整、表面珩磨，制得閥片成品。步驟3）閥片成品按照后期加工包括：網狀閥片、閥環。步驟4）根據力學性能試驗報告，通過高溫熱壓工藝制取的碳纖維編織體閥片圓板材料具有高出其它非金屬閥片材料（如聚酰胺混玻纖材料MT或PEEK）3~5倍的彎曲彈性模量，所以可以通過后期加工制得彈性和疲勞強度良好的單彈性臂網狀閥片、雙彈性臂網狀閥片、三彈性臂網狀閥片。步驟5）采用上述單彈性臂網狀閥片、雙彈性臂網狀閥片、三彈性臂網狀閥片，可以設計制造出取消氣閥關閉彈簧、緩沖彈簧的新型氣閥。所述錯開角度是指不同鋪層碳纖維編織方向之間的夾角。所述纖維編織物的纖維是指碳纖維、聚酰亞胺纖維、PEEK纖維。所述樹脂是指熱塑性樹脂，包括：聚酰亞胺、PEEK樹脂。所述樹脂又指熱固性樹脂，包括：聚酰亞胺、中溫和高溫環氧樹脂、BMI雙馬來酰亞胺樹脂（聚酰亞胺樹脂的一種）。與
技術介紹
相比，本專利技術具有的有益效果是：通過纖維增強體，提高了非金屬閥片的疲勞強度，克服了現有PEEK閥片存在的邊緣斷裂“掉渣”的問題，提高了壓縮機閥片的綜合使用壽命。通過纖維增強體，獲得一種高彎曲彈性模量的復合材料，為研制一種取消鋼制彈簧彈性元件的往復式壓縮機新型氣閥提供了技術基礎。附圖說明圖1是高性能CF/PI復合材料中心導向網狀閥片實施例結構示意圖圖2是高性能CF/PI復合材料單彈性臂網狀閥片實施例結構與鋪層錯角示意圖圖3是高性能CF/PI復合材料雙彈性臂網狀閥片實施例結構與鋪層錯角示意圖圖4是高性能CF/PI復合材料三彈性臂網狀閥片實施例結構與鋪層錯角示意圖圖5是高性能CF/PI復合材料平面密封閥環實施例結構與鋪層錯角示意圖圖6是高性能CF/PI復合材料弧面密封閥環實施例結構與鋪層錯角示意圖具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術的技術方案和實施方式作進一步說明。如圖1：本專利技術的中心導向網狀閥片為圓形鋪層閥片，延同心圓方向銑削弧形孔槽，通過內置纖維編織物對閥片外緣、周向內環、徑向加強筋進行加強，提高了閥片疲勞強度，減少了原PEEK閥片外緣斷裂、掉渣的現象。如圖2：本專利技術的單彈性臂網狀閥片為圓形單向碳纖維鋪層閥片，鋪層厚度2mm，鋪層纖維薄片厚0.1mm，總鋪層數為20層，鋪層之間錯開角度為30度，延同心圓方向銑削弧形孔槽，通過內置纖維編織物對彈性臂提高彎曲彈性模量，對閥片外緣、周向內環、徑向加強筋進行加強，提高了閥片疲勞強度，減少了原鋼制閥片疲勞斷裂的現象。如圖3：本專利技術的雙彈性臂網狀閥片為圓形單向碳纖維鋪層閥片，鋪層厚度2mm，鋪層纖維薄片厚0.1mm，總鋪層數為20層，鋪層之間錯開角度為30度，延同心圓方向銑削弧形孔槽，通過內置纖維編織物對雙彈性臂提高彎曲彈性模量，對閥片外緣、周向內環、徑向加強筋進行加強，提高了閥片疲勞強度，減少了原鋼制閥片疲勞斷裂的現象。如圖4：本專利技術的三彈性臂網狀閥片為圓形單向碳纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片及材料制備和加工方法，閥片內置的CF/PI高強度纖維編織物，上述纖維編織物采用耐高溫、高強度樹脂作為基體，通過熱壓復合技術制得閥片圓板，并通過加工中心獲得閥片制品。

【技術特征摘要】
1.一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片及材料制備和加工方法，閥片內置的CF/PI高強度纖維編織物，上述纖維編織物采用耐高溫、高強度樹脂作為基體，通過熱壓復合技術制得閥片圓板，并通過加工中心獲得閥片制品。2.根據權利要求1所述的一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片，其特征在于：上述樹脂包括BMI雙馬來酰亞胺(Bismaleimide)。3.根據權利要求1所述的一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片，其特征在于：采用PI聚酰亞胺或其它耐高溫樹脂和CF碳纖維單向纖維加強體制作0.1~0.2mm樹脂和纖維預浸料薄片，薄片纖維方向按一定錯開角度（30度角，45度角或根據鋪層厚度計算的平均錯開角度）鋪層后經過高溫熱壓工藝制取獲得閥片圓板，圓板厚度為1.5mm~10mm,圓板直徑為20mm~500mm。4.根據權利要求1所述的一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片，其特征在于：根據不同工況壓縮機對閥片強度的要求，上述CF碳纖維單向纖維加強體可以選用經緯交織雙向碳纖維編織物、三維碳纖維編織物替代。5.根據權利要求1所述的一種基于CF/PI纖維織物加強體的壓縮機網狀閥片和環狀閥片，其特征在于：通過高溫熱壓工藝制取的碳纖維編織體閥片圓板材料具有高出其它非金屬閥片材料（如聚酰胺混玻纖材料MT或PEEK）3~5倍的彎曲彈性模量，可以通過后期加工制得彈性和疲勞強度良好的單彈性臂網狀閥片、雙彈性臂網狀閥片、三彈性臂網狀閥片。6.根據權利要求1所述的一種基于CF\...

【專利技術屬性】
技術研發人員：常海城，
申請(專利權)人：康茨上海壓縮機技術服務有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31