压缩机用复合材料排气阀片及其制备方法

摘要

本发明提供一种压缩机用复合材料排气阀片及其制备方法，该排气阀片的材料为聚醚醚酮与碳纤维的混合物，该混合物中碳纤维的质量百分比为1～30％，聚醚醚酮的质量百分比为70～99％。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)通过注塑一次成型，省去其他的加工工序，生产灵活；(2)复合材料替代金属材料，材质的变更，改变了固有频率，以至压缩机的噪音性能可得到明显的改善；(3)与金属排气阀片相比，复合材料排气阀片的弯曲疲劳寿命得到极大的提高；(4)由于复合材料的比重远低于不锈钢，因此在排气时相对阻力较小，容易降低压缩机的消耗功率。

权利要求

1.一种压缩机用复合材料排气阀片，其特征在于，该排气阀片的材料为聚醚醚酮与碳纤维的混合物，该混合物中碳纤维的质量百分比为1～10%，聚醚醚酮的质量百分比为90～

99%；所述碳纤维的长度为1mm-10mm，所述排气阀片中聚醚醚酮的结晶度大于30%；所述排气阀片由所述混合物注塑成型制得；注塑温度为370-395℃，模具温度为160-180℃；排气阀片的整个长度上开设浇口；所述排气阀片呈平板状、勺状或凸台状。

2.一种制备如权利要求1所述的压缩机用复合材料排气阀片的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将聚醚醚酮与碳纤维混合均匀形成混合物；然后，将所述混合物采用注塑成型机注塑成型为排气阀片，注塑温度为370-395℃，模具温度为160-180℃；混合物中碳纤维的质量百分比为1～10%，聚醚醚酮的质量百分比为90～99%；碳纤维的长度为

1mm-10mm，排气阀片中聚醚醚酮的结晶度大于30%；注塑成型时，排气阀片的整个长度上开设浇口；排气阀片呈平板状、勺状或凸台状。

说明书

压缩机用复合材料排气阀片及其制备方法

【技术领域】

[0001] 本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种压缩机用复合材料排气阀片及其制备方法。【背景技术】

[0002] 由于排气阀片在压缩机的吸排气过程中起着举足轻重的作用，它直接会影响到压缩机的功率、噪音等其他各个性能参数，因此对排气阀片采用的材料要求必须很高；遗憾的是，从目前的研究、生产和设计等方面很难有专门针对排气阀的设计资料，尤其是冲击加速度及其引起的冲击载荷、材质及其流线的方向和均匀性与阀片翘曲、弹性与刚度的大小等方面还没有见到报道。发明人在实践积累过程中，对转子式压缩机排气阀片总结出以下几点要求：

[0003] (1)良好的抗变形能力；材料的变形量影响压缩机的制冷、制热效率和噪音。

[0004] (2)表面要求很高；一方面要求外表面不能有可导致产生裂纹的冲切或轧制缺陷，另一方面要求表面有一定的压应力，以阻止裂纹扩展，保证使用寿命。

[0005] (3)良好的机械加工特性；易于成型。

[0006] (4)优异的耐化学性能；在高温环境下，能够不变性，不与其他油、制冷剂等物质发生化学反应。

[0007] (5)寿命长；排气阀片是在很恶劣的条件下运转工作的：高频率的冲击载荷、高压力和高温。

[0008] (6)材料声阻尼大；排气阀工作时与其限位器和阀座高频冲击，很容易产生噪音。非金属及其聚合物材料声阻尼大，用其制作的阀片比金属材料阀片降噪效果好。

[0009] (7)排气阀质量要小；排气阀质量小，对于快速开合关闭有利，又可以大大降低冲击载荷及其引起的损坏。一般认为，同样尺寸下，聚合物及其复合材料的排气阀片可以比金属排气阀片的功耗下降30%。

[0010] (8)阀片材料及其加工后材料应均匀、内部应力最小，从而不会造成阀片使用过程中翘曲变形影响密封。

[0011] 现用的金属排气阀片有较高的弹性模量，但在滚抛工艺上一直存在不稳定因素，对于未抛到的部位，工作时易产生裂纹并扩展，影响压缩机寿命；一般来说，压缩机转速越高，排气阀片寿命越难保证，阻力损失有可能越大，因此，排气阀片又是限制压缩机实现高速运转的因素，同时也限制了压缩机性能的提高。

[0012] 现用的金属排气阀片通常用钢带冲切成一定形状后，经滚抛工艺制成，一般来说只能制成平面形的零件，不易制成对压缩机有利的形状，比如：勺形或凸台形。

[0013] 现用的金属排气阀片还有一个缺点就是重量大，在高速运转压缩机中，运转阻力大、跟随性差，使得压缩机性能难以提高。

[0014] 现用的金属排气阀片在工作过程中，与阀座及升程限制版反复冲击，噪声较大。

[0015] 现用的金属排气阀片需经过下料、冲切、去毛刺、粗滚抛、精滚抛等多道工序制成，生产周期长、能耗大，生产成本高。

[0016] 专利200810207995.3是用聚醚醚酮与玻璃纤维的混合物制作排气阀片，没有对PEEK结晶度、纤维长度及流线的控制，聚醚醚酮与玻璃纤维的混合物在保障刚性、抗蠕变、翘曲和冲击疲劳等方面对于实际中排气阀片的要求还有所欠缺。【发明内容】

[0017] 本发明的目的是提供一种压缩机用复合材料排气阀片及其制备方法，该复合材料排气阀片成本低、使用寿命长、可降低压缩机的噪音、提高压缩机性能。

[0018] 为了实现上述目的，本发明一种压缩机用复合材料排气阀片采用如下技术方案：

[0019] 一种压缩机用复合材料排气阀片，该排气阀片的材料为聚醚醚酮与碳纤维的混合物，该混合物中碳纤维的质量百分比为1～10%，聚醚醚酮的质量百分比为90～99%；所述碳纤维的长度为1mm-10mm，所述排气阀片中聚醚醚酮的结晶度大于30%；所述碳纤维的长度为1mm-10mm，所述排气阀片中聚醚醚酮的结晶度大于30%；所述排气阀片由所述混合物注塑成型制得；注塑温度为370-395℃，模具温度为160-180℃；排气阀片的整个长度上开设浇口；所述排气阀片呈平板状、勺状或凸台状。

[0020] 本发明进一步的改进在于：混合物中碳纤维和聚醚醚酮的质量百分比为1～5%和95～99%；或者，混合物中碳纤维和聚醚醚酮的质量百分比为5～10%和90～95%。

[0021] 为了实现上述目的，本发明一种压缩机用复合材料排气阀片的制备方法采用如下技术方案：

[0022] 一种压缩机用复合材料排气阀片的制备方法，包括以下步骤：首先，将聚醚醚酮与碳纤维混合均匀形成混合物；然后，将所述混合物采用注塑成型机注塑成型为排气阀片，注塑温度为370-395℃，模具温度为160-180℃；混合物中碳纤维的质量百分比为1～10%，聚醚醚酮的质量百分比为90～99%；所述碳纤维的长度为1mm-10mm，排气阀片中聚醚醚酮的结晶度大于30%；注塑成型时，排气阀片的整个长度上开设浇口；排气阀片呈平板状、勺状或凸台状。

[0023] 本发明进一步的改进在于：排气阀片厚度为0.5～1.0mm。

[0024] 本发明进一步的改进在于：混合物中碳纤维和聚醚醚酮的质量百分比为1～5%和95～99%；或者，混合物中碳纤维和聚醚醚酮的质量百分比为5～10%和90～95%。

[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)通过注塑一次成型，省去其他的加工工序，生产灵活；(2)复合材料替代金属材料，材质的变更，可降低阀片的质量、固有频率、提高阀片的抗冲击性能和疲劳性能，以至压缩机的噪音性能可得到明显的改善；(3)与金属排气阀片相比，复合材料排气阀片的弯曲疲劳寿命得到极大的提高；(4)由于复合材料的比重远低于不锈钢，因此在排气时相对阻力较小，容易降低压缩机的消耗功率。【附图说明】

[0026] 图1为平板状排气阀片的结构示意图；

[0027] 图2为图1沿A-A线的剖视图；

[0028] 图3为凸台形状排气阀片的结构示意图；

[0029] 图4为图3沿B-B线的剖视图；

[0030] 图5为图3的局部剖视图；

[0031] 图6为勺形排气阀片的结构示意图；

[0032] 图7为图6沿勺形排气阀片长度方向中心线的剖视图。【具体实施方式】

[0033] 本发明压缩机用复合材料排气阀片使用的原材料为特种工程塑料，其材料配比：聚醚醚酮（PEEK）+(1～30)wt%碳纤维，注塑成型的阀片厚度：0.5～1.0mm；该材料具有良好的性能：①耐高温性能；②耐磨损性能；③耐腐蚀性能；④自润滑性；⑤阻燃性；⑥耐水解性。

[0034] 根据实际情况，可将上述复合材料加工成与金属阀片相同的平板形状（图1、2），也可根据需要将排气阀片注塑成有利于压缩机性能的特殊结构，比如：勺形（图6、7）或带凸台的形状（图3、4、5），这样可以减少排气孔处的余隙容积，整机性能可得到提升，金属阀片不具有这样的特点。

[0035] 本发明一种压缩机用复合材料排气阀片，该排气阀片采用注塑成型制得，注塑过程中注塑温度在370-395℃，模具温度在160-180℃，沿排气阀片整个长度上开设浇口，使碳纤维沿排气阀片长度方向上排布，保证PEEK结晶度控制在30%以上，保证碳纤维和结晶在排气阀片内部均匀一致，且内部残余应力最小。

[0036] 以下结合具体实施实例对本发明做进一步说明，具体见下表：

[0037]

[0038] 实施例1～7中所制得排气阀片在疲劳试验机上进行试验，寿命均在107次以上。随着碳纤维的减少，工程塑料排气阀片强度降低，弯曲疲劳寿命延长。试验数据表明：复合材料排气阀片明显降低压缩机噪声；勺形和带凸台的排气阀片可以提高压缩机能效。

[0039] 本发明通过注塑一次成型阀片，加工工序简单，生产灵活；该复合材料替代金属材料阀片，可降低阀片的质量、固有频率、提高阀片的抗冲击性能和疲劳性能。进而提高了阀片与限位器和阀座的耐撞击性能；明显地降低压缩机的噪音，极大的提高排气阀片的弯曲疲劳寿命，极大的降低了阀片的缠振及其产生功耗浪费。另外，复合材料质量轻，在排气时相对阻力较小，也可降低压缩机的功耗。与现有技术比较，本发明采用长纤维（长度在1mm-10mm）增强，阀片材料的冲击韧性比短纤维或玻璃纤维提高10倍以上，避免了常见的冲击断裂现象。还有，在生产该复合材料阀片时，本发明采用沿阀片长度方向开设浇口，而不是传统的点浇口或其他小浇口形式，保证了纤维在阀片内部的均匀分布，保证了阀片内部组织的均匀性和最小且均匀的内应力，从而保证了阀片在使用过程中，不变形不翘曲，达到与阀座密封配合的持久一致性。