超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其製作方法
2023-05-15 16:49:31
專利名稱：超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其製作方法，屬於超聲電機領域。
背景技術：
超聲波電機(Utrasonic Motor，USM)，是二十世紀末發展起來的一種新型微電機。它利用壓電材料的逆壓電效應激發出彈性體的超聲振動來實現電能到機械能的轉換，並利用振子和動子之間的摩擦作用將運動和力傳遞出去。由於超聲電機通過摩擦作用傳送能量，所以摩擦材料的質量在很大程度上決定超聲波電機的使用壽命和性能。
國內在超聲電機以其摩擦材料方面的研究起步較晚，從事這方面的研究單位也不是很多，而關於超聲電機的摩擦材料的研究報導就更少。中國專利CN033132555.6公開了聚四氟乙烯基的超聲電機摩擦材料和CN200410043602.1公開了聚苯酯塑料合金超聲電機摩擦材料。對於上述兩種超聲電機摩擦材料，前者是基於聚四氟乙烯的摩擦材料，後者是基於聚苯脂的摩擦材料。聚四氟乙烯具有極高的分子量，為高結晶度的熱塑性塑料，由於分子結構存在較強的F-C健，使其有摩擦係數低、化學穩定性和熱穩定性好等特點。然而純聚四氟乙烯卻不耐磨，力學性能欠佳，易蠕變。專利CN033132555.6通過添加納米金剛石粉改性聚四氟乙烯，在一定程度上提高材料的硬度。而專利CN200410043602.1將聚苯脂與聚四氟乙烯共混在一定程度上提高了材料的硬度、耐磨性和耐壓縮蠕變性。
對於一種優良的超聲電機摩擦材料，必須具有合適的摩擦係數、良好化學穩定性和熱穩定性等優點，而且具有非常高的耐磨性和優良的力學性能。提高聚四氟乙烯材料的耐磨性和力學性能仍然是當今的研究熱點。
發明內容
本發明的目的在於，克服現有技術的不足，提供一種具有更加優良的耐磨性和力學性能的超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其製作方法。
一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其特徵在於由以下成分按以下質量百分比組成基料聚四氟乙烯60％～80％；增強劑碳纖維10％～15％；改性劑石墨5％～10％，銅粉0％～10％，氧化銅0％～10％，礦物質0％～10％。
本發明的摩擦材料的基料是聚四氟乙烯塑料，它是熱塑性高分子材料，具有良好的化學穩定性和熱穩定性。然而純聚四氟乙烯卻不耐磨，力學性能欠佳，易蠕變。添加納米金剛石粉改性聚四氟乙烯，在一定程度上提高材料的硬度。將聚苯脂與聚四氟乙烯共混僅在一定程度上提高了材料的硬度、耐磨性和耐壓縮蠕變性。添加炭纖維後，在聚四氟乙烯基摩擦材料中形成以炭纖維為支撐的框架結構，當材料受力時，其外力首先作用在炭纖維框架上，這在很大程度上改善了材料的力學特性，提高了材料的耐磨性。添加改性劑氧化銅能夠增加摩擦材料的摩擦係數，並提高材料的耐磨性。銅粉能夠提高材料的導熱性，少量的石墨能夠促進摩擦副之間形成轉移膜，並降低材料的磨損。礦物質能夠調劑材料的硬度，提高摩擦層的耐磨性。
一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料的製作方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、將組成成分的原料粉末按質量比例混合，攪拌均勻並烘乾；(2)、將配好的材料裝入模具內在20～35Mpa的壓力下，經液壓機壓實成型；並在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時；(3)、將模壓成品在370℃～380℃的溫度下燒結；燒結成型，燒結過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4h。
總的來說，本發明的超聲電機摩擦材料具有良好的化學穩定性、熱穩定性和抗疲勞磨損等特點。關鍵在於添加炭纖維後，改善了材料的力學特性，提高了材料的耐磨性。
四
圖1是Φ60行波型超聲電機的運行特性曲線。
圖1中符號名稱P-電機輸出功率，η-電機效率，n-轉速，M-轉矩。
五具體實施例方式具體實施方式
1一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質量百分比聚四氟乙烯80％、炭纖維15％和石墨5％。
利用上述配比製作超聲電機摩擦層，包括以下步驟(1)、將摩擦材料按照上述質量比例混合，攪拌均勻並烘乾；(2)、將配好的材料裝入模具內在20～35Mpa的壓力下，經液壓機壓實成型，並在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時；(3)、將模壓成品在370℃～380℃的溫度下，燒結成型，燒結過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4h。
(4)、將燒結成型的摩擦材料按照設計的厚度切割成片狀。
圖1是基於具體實施方式
1製作的Φ60行波型超聲電機的運行特性曲線圖；表1是相關實驗數據。圖1及表1中符號說明Um-驅動電壓；Im-驅動電流；Us-輸入電壓；Pm-電機輸入功率，即從驅動器(高頻交流電)輸給超聲電機的功率；F-實測驅動頻率；P-電機輸出功率；η-電機效率，η＝P/Pm；n-轉速；M-轉矩。結合圖1和表1說明，本摩擦材料製作的電機，其運行速度和運行效率在較高水平上，並且有高的堵轉力矩。本發明的摩擦材料，具有良好耐磨性能和輸出特性。
表1
具體實施方式
2一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質量百分比聚四氟乙烯75％、炭纖維10％和石墨5％，銅粉10％。本實施方式中添加了銅粉，提高了摩擦材料的散熱性。超聲電機摩擦材料製作方法與具體實施方式
1中類似。
具體實施方式
3一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質量百分比聚四氟乙烯70％、炭纖維15％和石墨5％，氧化銅10％。本實施方式中添加了氧化銅，提高了摩擦材料的摩擦係數。超聲電機摩擦材料製作方法與具體實施方式
1中類似。
具體實施方式
4一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質量百分比聚四氟乙烯63％、炭纖維15％和石墨7％，銅粉5％，氧化銅5％，氧化鋁5％。本實施方式中添加了氧化鋁，它提高了摩擦材料的硬度和摩擦係數。超聲電機摩擦材料製作方法與具體實施方式
1中類似。
具體實施方式
5一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質量百分比聚四氟乙烯60％、炭纖維15％和石墨10％，銅粉5％，氧化銅5％，氧化矽5％。本實施方式中添加了氧化矽，它進一步地提高了摩擦材料的硬度。超聲電機摩擦材料製作方法與具體實施方式
1中類似。
具體實施方式
6一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質量百分比聚四氟乙烯60％~70％、炭纖維10％~15％和石墨5％~10％，其餘為礦物質。本實施方式中添加了礦物質，礦物質是指天然礦物和人工合成物，它包含碳酸鈣、氧化鋁、氧化鐵、二氧化矽、矽酸鹽(高嶺土、雲母、滑石粉、矽灰石、膨潤土等)、氮化矽、炭化矽、氟化鈣、金剛石粉、鈦白粉。它能調劑了材料的硬度，改善材料的電機的輸出特性，以及降低摩擦副的磨損。超聲電機摩擦材料製作方法與具體實施方式
1中類似。
權利要求
1.一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其特徵在於由以下成分按以下質量百分比組成基料聚四氟乙烯60％～80％；增強劑碳纖維10％～15％；改性劑石墨5％～10％，銅粉0％～10％，氧化銅0％～10％，礦物質0％～10％。
2.一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料的製作方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、將組成成分的原料粉末按質量比例混合，攪拌均勻並烘乾；(2)、將配好的材料裝入模具內在20～35Mpa的壓力下，經液壓機壓實成型；並在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時；(3)、將模壓成品在370℃～380℃的溫度下燒結；燒結成型，燒結過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4小時。
全文摘要
本發明涉及一種超聲電機炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其製作方法，屬超聲電機領域。該摩擦材料由聚四氟乙烯60％～80％、碳纖維10％～15％、石墨5％～10％、銅粉0％～10％、氧化銅0％～10％、礦物質0％～10％組成。製作方法為將原料按比例混合均勻並烘乾；裝入模具在20～35Mpa的壓力下經液壓機壓實成型，並在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時；將模壓成品在370℃～380℃的溫度下燒結，燒結過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4h。本發明的摩擦材料具有優良的耐磨性和力學性能，是一種性能優良的超聲電機摩擦材料。
文檔編號C08K7/00GK1850883SQ200610040709
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月29日 優先權日2006年5月29日
發明者姚志遠, 丁慶軍, 趙淳生 申請人:南京航空航天大學