機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法
2023-05-07 00:04:06
專利名稱：機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高分子材料技術領域的方法，具體是一種機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法。
背景技術：
複合層自潤滑高分子材料廣泛應用於機械產品中，如軸承、球磨機、迴轉窯、冷卻機等。對於這類負荷大、工作環境惡劣的機械產品來說，使用具有自潤滑功能的高分子對產品進行保護保護，是近年來研究的重點。國內外對機械產品使用的自潤滑材料做了大量研究，開發出了一些複合層高分子自潤滑材料，其中包括軸承用高分子材料、齒輪用碳纖維複合材料等。
經對現有技術文獻的檢索發現，吳忠文在《化工新型材料》2005(6)發表的「特種工程塑料聚醚礬、聚醚醚酮樹脂國內外研究、開發、生產現狀」，通過對國內外有關自滑動高分子材料的科技專利文獻的分析，綜述了各種高分子材料，特別是聚醚礬、聚醚醚酮作為自潤滑材料的優缺點，介紹了聚醚礬、聚醚醚酮的特性。儘管該研究對自潤滑材料的特性有了進一步的認識，對自潤滑材料進行了論述，然而，國內外針對複合層高分子材料的製備工藝和方法未見正式報導。
發明內容
本發明的目的在於填補國內外針對金屬基複合層聚醚醚酮高分子材料製備工藝的空白，提供一種機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法。使得本發明製備的自潤滑材料克服現有技術的缺陷，避免大型設備由於潤滑故障造成的損失。
本發明是通過以下技術方案實現的，具體包括高分子材料和金屬基體的選取以及高分子材料與金屬基體的燒結工藝。具體如下(1)高分子材料和金屬基體的選取聚醚醚酮高分子材料是繼通用塑料、工程塑料之後於研究開發成功的第三代高分子材料的一個新領域。它具有高強度、高模量、耐高溫、耐輻射以及尺寸穩定等特點，在力學性能方面不僅強度、彈性模量和斷裂韌性高，而且高溫下的強度損失較小，尺寸穩定性好；在摩擦性能方面，耐高溫磨損性能較為突出。針對聚醚醚酮高分子材料在自潤滑機械產品中的應用，本發明對其材料特性，並結合實際應用工況，進行了模擬實驗發現聚醚醚酮高分子材料具有更高的耐溫性，長期使用溫度可達250℃，短期使用溫度可達300℃；能耐許多有機或無機化學品，只在濃的無水強氧化性酸中溶解或分解，在寬的pH範圍內幾乎不受其他化學品的腐蝕。基於上述聚醚醚酮高分子材料的優異特性，結合軸承、球磨機、迴轉窯、冷卻機等產品的使用環境，本發明確定聚醚醚酮為自潤滑材料，以具有潤滑性的銅作為金屬基體進行燒結。
(2)複合層自潤滑材料的製備聚醚醚酮高分子複合材料的製備可採用擠出、注射、模壓等方法。本發明採用的是高溫模壓成型法首先將聚醚醚酮分子及各種填料的混合物進行機械混合，儘量分散均勻，然後將其在燒結爐中按照不同的溫度分區進行高溫熔化燒結，最後用軋機進行精軋形成產品。針對軸承、球磨機、迴轉窯、冷卻機等產品的使用條件，本發明採用將聚醚醚酮複合材料跟銅粉進行燒結的工藝。
滑動軸承、大型球磨機、迴轉窯、冷卻機等大型設備的運行過程中，由於工作條件的惡劣，經常出現潤滑油供用不足，從而導致設備的損壞。利用本發明可以製備出高質量的自潤滑材料，並裝配於滑動軸承、大型球磨機、迴轉窯、冷卻機等設備，實現了上述設備的自潤滑性能，從而克服傳統非自潤滑材料的缺陷，在潤滑油供用不足的情況下仍能連續工作80小時以上，從而提高了上述設備的可靠性，避免軸承大型球磨機、迴轉窯、冷卻機等大型設備由於潤滑油供用不足造成的故障損失。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例聚醚醚酮複合材料具有良好的潤滑特性，為了方便其在軸承、球磨機、迴轉窯、冷卻機等產品中的裝配，需將其與銅粉進行燒結，並與銅基體形成複合層，其中包括銅粉燒結爐各區溫度的確定、球粉板厚度的確定、軋機間隙的確定等等。本實施例根據以下技術要求和實施條件實施(1)取3mm厚度的銅基板和銅粉；(2)銅粉燒結參數的確定。由於銅粉與聚醚醚酮高分子材料(聚醚醚酮粉)的燒結是一個逐漸融合凝固的過程，因此，本發明採取在燒結爐中對燒結過程進行分區的策略。具體分區方式和分區溫度見表一。(按照溫度不同，本實施例將燒結爐中分為8個不同的區域)
(3)聚醚醚酮粉層厚度(自潤滑材料的工作厚度)的確定。根據聚醚醚酮高分子材料的使用特性、工藝要求以及其在軸承、球磨機、迴轉窯、冷卻機等產品中的裝配需求，本發明確定聚醚醚酮粉層厚度為3.101-3.106mm。
(4)聚醚醚酮粉層的鋪設。銅基板在樹脂輥校平機上校平後，稱取136g聚醚醚酮粉，用鋪平設備均勻鋪在銅基板上，銅基板板面墊一張金塑板進四柱油壓機進行預壓，預壓時上壓板停留在離銅板面約14mm的距離，溫度250-285℃，保溫8分鐘，等聚醚醚酮粒子半熔化後在壓板間放5.3mm等高塊，且醚醚酮材料上表面放一張略大於銅基板面積的金塑板，壓緊壓板，溫度250-285℃，保溫8分鐘。
(5)軋機間隙的確定。軋機速度≥7m/min，成型後的自潤滑材料複合板材從壓機中取出後連同表面的金塑板立刻進軋機軋制，然後馬上浸入到冷水中，自潤滑材料複合板材壁厚儘量控制在5.001-5.006mm，自潤滑材料複合板材浸水中時間長一點，儘量不要把金塑板和自潤滑材料複合板材強制撕開，最好讓金塑板自動和自潤滑材料複合板材自動脫開。
(6)自潤滑材料複合板材塑料面用拋輪拋光，粗平軋至4.001-4.006mm。
(7)軋油穴，為了使所製備的複合層聚醚醚酮自潤滑材料能夠具有更好的潤滑效果，本發明在複合層聚醚醚酮自潤滑材料的表面進行軋油穴，使材料的表面具有儲存少量潤滑油的功能，以提高自潤滑效果軋輥為帶圓角的角軋輥，釘角深約0.40mm；自潤滑材料複合板材軋油穴前先預熱，溫度445-555℃，保溫時間6分鐘；調軋機至合適間隙，軋機速度≥7m/min，自潤滑材料複合板材從烘箱中取出後立刻進軋機軋制，壁厚儘量控制在4.001-4.006mm。
(8)精平軋至4.001-4.003mm，校平自潤滑材料複合板材。
(9)對自潤滑材料複合板材進行檢驗。檢驗項目壁厚、長度、寬度、球粉板燒結強度、層間結合強度、外觀等。
通過上述步驟，可以製備出有效工作厚度為3mm的三層(銅基板、和銅粉層和聚醚醚酮粉層)複合高分子自潤滑材料。該材料具有高的耐溫性，長期使用溫度可達250℃，短期使用溫度可達300℃；能耐多種有機或無機化學品，只在濃的無水強氧化性酸中溶解或分解；具有良好的幹摩擦效果，在壓力為1MP和線速度為5m/s的條件下連續幹摩擦40小時。
權利要求
1.一種機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法，其特徵在於，包括以下兩個方面(1)高分子材料和金屬基體的選取採用聚醚醚酮高分子材料為自潤滑材料，以具有潤滑性的銅作為金屬基體進行燒結；(2)複合層自潤滑材料的製備採用的高溫模壓成型法製備聚醚醚酮高分子複合材料首先將聚醚醚酮粉與銅粉的混合物進行機械混合，分散均勻，然後將聚醚醚酮粉與銅粉混合粉在燒結爐中將聚醚醚酮複合材料跟銅粉按照不同的溫度分區進行熔化燒結，最後用軋機進行精軋形成由銅基板、銅粉層和聚醚醚酮高分子層組成的複合高分子自潤滑材料。
2.根據權利要求1所述的機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法，其特徵是，所述的按照不同的溫度分區進行熔化燒結，具體分區方式和分區溫度如下一區溫度為590～610℃；二區溫度為740～760℃；三區溫度為890～910℃；四至八區溫度980～1000℃。
3.根據權利要求1所述的機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法，其特徵是，所述的聚醚醚酮粉層，其厚度為3.101-3.106mm。
4.根據權利要求1或3所述的機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法，其特徵是，所述聚醚醚酮粉層，其鋪設方法為銅基板在樹脂輥校平機上校平後，稱取聚醚醚酮粉，用鋪平設備均勻鋪在銅基板上，銅基板板面墊一張金塑板進四柱油壓機進行預壓，預壓時上壓板停留在離銅板面14mm的距離，溫度為250-285℃，保溫8分鐘，等聚醚醚酮粒子半熔化後在壓板間放5.3mm等高塊，且醚醚酮材料上表面放一張大於銅板面面積的金塑板，壓緊壓板，溫度250-285℃，保溫8分鐘。
5.根據權利要求1所述的機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法，其特徵是，所述聚醚醚酮高分子層，其表面軋有油穴，軋油穴的工藝為軋輥為帶圓角的角軋輥，釘角深0.40mm；軋油穴前先預熱到445-555℃，保溫6分鐘；軋機速度≥7m/min，從烘箱中取出後立刻進軋機軋制，壁厚控制在4.001-4.006mm。
全文摘要
一種大型機械產品製造領域的機械產品用自潤滑複合層高分子材料的製備方法。本發明採用聚醚醚酮為自潤滑材料，以具有潤滑性的銅作為金屬基體進行燒結；採用的高溫模壓成型法製備聚醚醚酮高分子複合材料首先將聚醚醚酮分子與銅粉的混合物進行機械混合，分散均勻，然後將聚醚醚酮與銅混合粉在燒結爐中將聚醚醚酮複合材料跟銅粉按照不同的溫度分區進行熔化燒結，最後用軋機進行精軋形成產品。本發明可以改善製備出高質量的自潤滑材料，並裝配於滑動軸承、大型球磨機、迴轉窯、冷卻機等設備，實現了上述設備的自潤滑性能，避免軸承大型球磨機、迴轉窯、冷卻機等大型設備由於潤滑故障造成的損失。
文檔編號B22F7/02GK101032752SQ20071003859
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月29日 優先權日2007年3月29日
發明者彭穎紅, 尹忠慰, 李大永, 周飛 申請人:上海交通大學