高温燃油泵用复合材料/金属一体化滑靴研制

项目编号:xkkj20190078

专业领域:动力与传动,先进材料与制造,可靠性/测试性/维修性

主要内容
<p style="text-indent:32px"><span style="font-family: 仿宋;">1.</span><span style="font-family: 仿宋;">现役燃油柱塞泵滑靴用复合材料为中科院兰州化物所前期研制提供的聚四氟乙烯复合材料,服役性能良好。新研燃油柱塞泵的服役工况相对于现役柱塞泵更加苛刻,原聚四氟乙烯复合材料在高温工况下服役时易发生机械性能下降并与其连接金属部件脱离,使得柱塞泵迅速失效。为了匹配新型燃油柱塞泵的苛刻服役需求,迫切需要采购新型耐高温燃油聚合物复合材料。为此,开展了国内特种工程塑料厂家相关产品的系统调研工作。考虑到当前产品的苛刻服役工况,聚合物复合材料的基质选择范围十分有限,重点集中在长期使用温度高于200℃的特种聚合物复合材料,结合滑靴部件对材料综合机械性能、耐磨性、自润滑性、耐燃油特性等诸多方面的考虑,可选聚合物基体主要包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺等。重点围绕材料所需的耐高温燃油、低摩擦、高耐磨特性咨询了国内多家研制和生产上述基体复合材料的研究所和公司,按照聚合物基体分类对调研情况详细介绍如下:</span></p><p class="MsoListParagraph" style="margin-left:61px"><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">1.<span style="font-variant-numeric: normal;font-stretch: normal;font-size: 9px;line-height: normal;font-family: &#39;Times New Roman&#39;">&nbsp; </span></span><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">聚四氟乙烯</span></p><p style="text-indent:32px"><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">聚四氟乙烯具有极低的摩擦系数、良好的耐磨性和极好的化学稳定性,最高使用温度达250℃以上,是一种性能优异的自润滑材料,被广泛用于制造摩擦部件。然而,聚四氟乙烯在受载时易发生蠕变,表现出力学性能的下降甚至软化,高温环境中这一问题尤其凸显。这一特性跟聚四氟乙烯树脂自身特性有关,咨询了国内山东东岳、中蓝晨光、上海三爱富等多个聚四氟乙烯树脂生产厂家,国内目前能够批量生产的聚四氟乙烯树脂都存在类似问题。此外,与镇江春环、扬中东旭、株洲宏大等多家特种氟塑料制品厂商进行了沟通,采用增强填料填充可缓解蠕变现象,然而在高温、大载荷工况下服役时,可靠性依然难以得到保障。</span></p><p class="MsoListParagraph" style="margin-left:61px"><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">2.<span style="font-variant-numeric: normal;font-stretch: normal;font-size: 9px;line-height: normal;font-family: &#39;Times New Roman&#39;">&nbsp; </span></span><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">聚醚醚酮</span></p><p style="text-indent:32px"><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">聚醚醚酮是芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,建议长期使用温度高达260℃,具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照的优异综合性能。相对于聚四氟乙烯,聚醚醚酮复合材料的耐高温蠕变性能更佳,有望在高温苛刻工况下实现可靠服役。然而,与聚四氟乙烯相比,纯聚醚醚酮的自润滑性能较差,需采用特定功能填料改性才能实现其强度、耐磨性与自润滑性的大幅提升进而满足使用要求。目前市面上聚醚醚酮复合材料的生产厂商主要为欧美公司(以Victrex为代表),大批量稳定采购存在一定问题,而高级别的聚醚醚酮复合材料更是难以进口得到。国内生产聚醚醚酮树脂的厂家如吉大特塑等均以生产纯聚醚醚酮原料为主,改性复合材料均为单一填料如玻璃纤维或碳纤维增强,不包含功能填料,其综合性能难以跟当前项目对复合材料耐磨性、自润滑性的苛刻要求相匹配。</span></p><p class="MsoListParagraph" style="margin-left:61px"><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">3.<span style="font-variant-numeric: normal;font-stretch: normal;font-size: 9px;line-height: normal;font-family: &#39;Times New Roman&#39;">&nbsp; </span></span><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">聚酰亚胺</span></p><p style="text-indent:32px"><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">聚酰亚胺是一种性能优异的特种工程材料,具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性和机械性能,长期使用温度达300℃以上,含特殊基团的聚酰亚胺长期使用温度更是高达400℃。目前,国内生产聚酰亚胺树脂的主要厂家包括上海合成树脂研究所、长春高琦、长春应化所等,与上述厂家沟通发现,市面上现有的聚酰亚胺产品大多以基础树脂为主,以纤维、薄膜、泡沫塑料等形式在众多高技术领域广泛应用。纯聚酰亚胺产品难以满足当前服役要求,而国内公司在高性能聚酰亚胺复合材料配方研制方面有所欠缺,尤其是复合材料在燃油环境中的适应性依然缺乏系统的数据积累。因此,国内的聚酰亚胺产品同样难以满足高温燃油泵的服役要求。</span></p><p><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">综合上述调研结果可以看出,我国在特种工程塑料领域具备一定的产业基础,然而现有产品体系相对单薄,国内现有货架产品大多以纯树脂或低端复合材料为主,难以匹配当前高温燃油柱塞泵的服役需求。因此,为有效解决当前高温燃油泵滑靴失效难题,迫切需要联合在燃油环境高耐磨复合材料研发方面具有雄厚实力的研究单位,系统开展燃油环境轻质耐磨聚合物复合材料的研制工作。</span></p><p style="text-indent:32px"><span style="font-family: 仿宋;"></span><br/></p><p><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">&nbsp; &nbsp; 2.通过与清华大学、西北工业大学、中科院兰州化物所等多家研究单位的领域专家沟通发现,在燃油环境轻质耐磨聚合物复合材料研制方面国内的整体研究进展可总结如下:</span><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">①</span><span style="font-size:16px;font-family: 仿宋">近些年国内在苛刻环境轻质耐磨聚合物复合材料研制及应用方面我国取得了一些成果,但尚未有聚合物复合材料在航空燃油泵中作为关键摩擦结构部件实现成功应用的先例;</span><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">②</span><span style="font-size:16px;font-family: 仿宋">针对高温、高压苛刻燃油工况下聚合物材料的适应性,我国目前缺乏系统的、有效的技术积累;</span><span style="font-size:16px;font-family:仿宋">③</span><span style="font-size:16px;font-family: 仿宋">目前我国尚未针对燃油相适应的聚合物基质材料及改性填料的优选、苛刻燃油环境下的摩擦服役性能评价等研究内容开展系统研究。在调研咨询过程中发现,唯有中科院兰州化物所固体润滑国家重点实验室在耐高温燃油轻质耐磨聚合物复合材料研制方面具有一定的技术储备,在聚合物燃油相容性、燃油环境摩擦磨损性能评价方面积累了一些数据,具备一定的技术基础,优势明显。</span></p><p><span style="font-size:16px;font-family: 仿宋">&nbsp; &nbsp; 3.中国航发西控科技;陕西省西安市大庆路750号;杨文业;13572298826</span></p><p><br/></p><p><br/></p>