專利名稱：機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合層自潤滑高分子材料廣泛應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品中，如軸承、球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等。對于這類負(fù)荷大、工作環(huán)境惡劣的機(jī)械產(chǎn)品來說，使用具有自潤滑功能的高分子對產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)保護(hù)，是近年來研究的重點(diǎn)。國內(nèi)外對機(jī)械產(chǎn)品使用的自潤滑材料做了大量研究，開發(fā)出了一些復(fù)合層高分子自潤滑材料，其中包括軸承用高分子材料、齒輪用碳纖維復(fù)合材料等。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，吳忠文在《化工新型材料》2005(6)發(fā)表的“特種工程塑料聚醚礬、聚醚醚酮樹脂國內(nèi)外研究、開發(fā)、生產(chǎn)現(xiàn)狀”，通過對國內(nèi)外有關(guān)自滑動高分子材料的科技專利文獻(xiàn)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(yōu)缺點(diǎn)，介紹了聚醚礬、聚醚醚酮的特性。盡管該研究對自潤滑材料的特性有了進(jìn)一步的認(rèn)識，對自潤滑材料進(jìn)行了論述，然而，國內(nèi)外針對復(fù)合層高分子材料的制備工藝和方法未見正式報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于填補(bǔ)國內(nèi)外針對金屬基復(fù)合層聚醚醚酮高分子材料制備工藝的空白，提供一種機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法。使得本發(fā)明制備的自潤滑材料克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，避免大型設(shè)備由于潤滑故障造成的損失。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)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(jié)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、工程塑料之后于研究開發(fā)成功的第三代高分子材料的一個新領(lǐng)域。它具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐輻射以及尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，在力學(xué)性能方面不僅強(qiáng)度、彈性模量和斷裂韌性高，而且高溫下的強(qiáng)度損失較小，尺寸穩(wěn)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(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用，本發(fā)明對其材料特性，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用工況，進(jìn)行了模擬實(shí)驗發(fā)現(xiàn)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(dá)250℃，短期使用溫度可達(dá)300℃；能耐許多有機(jī)或無機(jī)化學(xué)品，只在濃的無水強(qiáng)氧化性酸中溶解或分解，在寬的pH范圍內(nèi)幾乎不受其他化學(xué)品的腐蝕。基于上述聚醚醚酮高分子材料的優(yōu)異特性，結(jié)合軸承、球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等產(chǎn)品的使用環(huán)境，本發(fā)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(jìn)行燒結(jié)。
(2)復(fù)合層自潤滑材料的制備聚醚醚酮高分子復(fù)合材料的制備可采用擠出、注射、模壓等方法。本發(fā)明采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(jìn)行機(jī)械混合，盡量分散均勻，然后將其在燒結(jié)爐中按照不同的溫度分區(qū)進(jìn)行高溫熔化燒結(jié)，最后用軋機(jī)進(jìn)行精軋形成產(chǎn)品。針對軸承、球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等產(chǎn)品的使用條件，本發(fā)明采用將聚醚醚酮復(fù)合材料跟銅粉進(jìn)行燒結(jié)的工藝。
滑動軸承、大型球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等大型設(shè)備的運(yùn)行過程中，由于工作條件的惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)潤滑油供用不足，從而導(dǎo)致設(shè)備的損壞。利用本發(fā)明可以制備出高質(zhì)量的自潤滑材料，并裝配于滑動軸承、大型球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)備的自潤滑性能，從而克服傳統(tǒng)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(xù)工作80小時以上，從而提高了上述設(shè)備的可靠性，避免軸承大型球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等大型設(shè)備由于潤滑油供用不足造成的故障損失。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例聚醚醚酮復(fù)合材料具有良好的潤滑特性，為了方便其在軸承、球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等產(chǎn)品中的裝配，需將其與銅粉進(jìn)行燒結(jié)，并與銅基體形成復(fù)合層，其中包括銅粉燒結(jié)爐各區(qū)溫度的確定、球粉板厚度的確定、軋機(jī)間隙的確定等等。本實(shí)施例根據(jù)以下技術(shù)要求和實(shí)施條件實(shí)施(1)取3mm厚度的銅基板和銅粉；(2)銅粉燒結(jié)參數(shù)的確定。由于銅粉與聚醚醚酮高分子材料(聚醚醚酮粉)的燒結(jié)是一個逐漸融合凝固的過程，因此，本發(fā)明采取在燒結(jié)爐中對燒結(jié)過程進(jìn)行分區(qū)的策略。具體分區(qū)方式和分區(qū)溫度見表一。(按照溫度不同，本實(shí)施例將燒結(jié)爐中分為8個不同的區(qū)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(jù)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(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等產(chǎn)品中的裝配需求，本發(fā)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(shè)。銅基板在樹脂輥校平機(jī)上校平后，稱取136g聚醚醚酮粉，用鋪平設(shè)備均勻鋪在銅基板上，銅基板板面墊一張金塑板進(jìn)四柱油壓機(jī)進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)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后在壓板間放5.3mm等高塊，且醚醚酮材料上表面放一張略大于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(jī)間隙的確定。軋機(jī)速度≥7m/min，成型后的自潤滑材料復(fù)合板材從壓機(jī)中取出后連同表面的金塑板立刻進(jìn)軋機(jī)軋制，然后馬上浸入到冷水中，自潤滑材料復(fù)合板材壁厚盡量控制在5.001-5.006mm，自潤滑材料復(fù)合板材浸水中時間長一點(diǎn)，盡量不要把金塑板和自潤滑材料復(fù)合板材強(qiáng)制撕開，最好讓金塑板自動和自潤滑材料復(fù)合板材自動脫開。
(6)自潤滑材料復(fù)合板材塑料面用拋輪拋光，粗平軋至4.001-4.006mm。
(7)軋油穴，為了使所制備的復(fù)合層聚醚醚酮自潤滑材料能夠具有更好的潤滑效果，本發(fā)明在復(fù)合層聚醚醚酮自潤滑材料的表面進(jìn)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；自潤滑材料復(fù)合板材軋油穴前先預(yù)熱，溫度445-555℃，保溫時間6分鐘；調(diào)軋機(jī)至合適間隙，軋機(jī)速度≥7m/min，自潤滑材料復(fù)合板材從烘箱中取出后立刻進(jìn)軋機(jī)軋制，壁厚盡量控制在4.001-4.006mm。
(8)精平軋至4.001-4.003mm，校平自潤滑材料復(fù)合板材。
(9)對自潤滑材料復(fù)合板材進(jìn)行檢驗。檢驗項目壁厚、長度、寬度、球粉板燒結(jié)強(qiáng)度、層間結(jié)合強(qiáng)度、外觀等。
通過上述步驟，可以制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)復(fù)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(dá)250℃，短期使用溫度可達(dá)300℃；能耐多種有機(jī)或無機(jī)化學(xué)品，只在濃的無水強(qiáng)氧化性酸中溶解或分解；具有良好的干摩擦效果，在壓力為1MP和線速度為5m/s的條件下連續(xù)干摩擦40小時。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法，其特征在于，包括以下兩個方面(1)高分子材料和金屬基體的選取采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(jìn)行燒結(jié)；(2)復(fù)合層自潤滑材料的制備采用的高溫模壓成型法制備聚醚醚酮高分子復(fù)合材料首先將聚醚醚酮粉與銅粉的混合物進(jìn)行機(jī)械混合，分散均勻，然后將聚醚醚酮粉與銅粉混合粉在燒結(jié)爐中將聚醚醚酮復(fù)合材料跟銅粉按照不同的溫度分區(qū)進(jìn)行熔化燒結(jié)，最后用軋機(jī)進(jìn)行精軋形成由銅基板、銅粉層和聚醚醚酮高分子層組成的復(fù)合高分子自潤滑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法，其特征是，所述的按照不同的溫度分區(qū)進(jìn)行熔化燒結(jié)，具體分區(qū)方式和分區(qū)溫度如下一區(qū)溫度為590～610℃；二區(qū)溫度為740～760℃；三區(qū)溫度為890～910℃；四至八區(qū)溫度980～1000℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法，其特征是，所述的聚醚醚酮粉層，其厚度為3.101-3.106mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法，其特征是，所述聚醚醚酮粉層，其鋪設(shè)方法為銅基板在樹脂輥校平機(jī)上校平后，稱取聚醚醚酮粉，用鋪平設(shè)備均勻鋪在銅基板上，銅基板板面墊一張金塑板進(jìn)四柱油壓機(jī)進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)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后在壓板間放5.3mm等高塊，且醚醚酮材料上表面放一張大于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(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法，其特征是，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(yù)熱到445-555℃，保溫6分鐘；軋機(jī)速度≥7m/min，從烘箱中取出后立刻進(jìn)軋機(jī)軋制，壁厚控制在4.001-4.006mm。
全文摘要
一種大型機(jī)械產(chǎn)品制造領(lǐng)域的機(jī)械產(chǎn)品用自潤滑復(fù)合層高分子材料的制備方法。本發(fā)明采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(jìn)行燒結(jié)；采用的高溫模壓成型法制備聚醚醚酮高分子復(fù)合材料首先將聚醚醚酮分子與銅粉的混合物進(jìn)行機(jī)械混合，分散均勻，然后將聚醚醚酮與銅混合粉在燒結(jié)爐中將聚醚醚酮復(fù)合材料跟銅粉按照不同的溫度分區(qū)進(jìn)行熔化燒結(jié)，最后用軋機(jī)進(jìn)行精軋形成產(chǎn)品。本發(fā)明可以改善制備出高質(zhì)量的自潤滑材料，并裝配于滑動軸承、大型球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)備的自潤滑性能，避免軸承大型球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等大型設(shè)備由于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(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者彭穎紅, 尹忠慰, 李大永, 周飛 申請人:上海交通大學(xué)