專利名稱：熱塑性聚合物基推力墊圈及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種推力推墊圈及其制備方法，尤其涉及一種熱塑性聚合物復(fù)合材料推力墊圈及其制備方法。
背景技術(shù)：
在機(jī)械傳動系統(tǒng)中，兩個相對旋轉(zhuǎn)的浮動的金屬零部之間，由于浮動零件沿旋轉(zhuǎn)軸軸向的移動，使兩零件端面之間會產(chǎn)品一定的碰撞及相對摩擦。但金屬材料的高模量和低的抗延展性，相對旋轉(zhuǎn)金屬零件之間的直接碰撞會導(dǎo)致金屬的變形，產(chǎn)生較大的磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)金屬零件之間的相互咬合，而影響整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)。因此必需在兩金屬零件間放置墊圈，用以承受軸向撞擊，傳遞軸向力，并起到承摩的作用，減少傳動零部件的磨損，延長設(shè)備使用壽命和維護(hù)周期。美國專利US6702711提及了一種車輛行星傳動箱推力墊圈的使用。中國專利(授權(quán)公開號CN 1114768C)也提及了一種改進(jìn)的車輛變速箱及其推力墊圈。美國專利US6655910提及了一種輪機(jī)壓縮機(jī)，其氣動軸承系統(tǒng)中也用到一種特殊結(jié)構(gòu)的推力墊圈。美國專利6336868也提及了推力墊圈在傳動萬向節(jié)中的應(yīng)用。由此可見，推力墊圈是傳動系統(tǒng)中重要的零部件之一，其性能影響到整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。由于工作環(huán)境的需要，此類推力墊圈必需要具有耐磨損、自潤滑、耐沖擊、抗疲勞及耐高溫等特點。
但早期的推力墊圈主要以金屬基制件為主。美國專利US6511226就提供了一種鋁基的推力墊圈的制備方法，專利提及通過添加硅、銅等助劑提高鋁基墊圈的自潤滑、耐磨損性能。但由于金屬材料抗延展性差，受沖擊變形大，易于失效，對金屬傳動件也有一定的磨損，對延長設(shè)備的使用壽命和維護(hù)周期并不有利；而且工作過程中金屬撞擊易產(chǎn)生噪音，及設(shè)備的振動。而且金屬推力墊圈成型工序復(fù)雜，成型周期長，比重大，對降低成本和節(jié)約能源也不有利。
美國專利US6502994B2和US20010033704A1從設(shè)備組裝和墊圈的結(jié)構(gòu)方面優(yōu)化車輛變速箱的性能，提及變速箱選用性能優(yōu)異的聚酰亞胺樹脂基體的推力墊圈，但對墊圈材料的組成及成型工藝均沒有提及。國際市場有聚酰亞胺基推力墊圈銷售，為美國杜邦VESPEL產(chǎn)品，是一種熱固性聚酰亞胺樹脂產(chǎn)品，其成型工藝工序復(fù)雜。美國專利US5967674、US5918987、US5683184和US5374171提及止推軸承等旋轉(zhuǎn)部件止推面添加推力墊圈，并從墊圈結(jié)構(gòu)方面優(yōu)化，以減少零部件的磨損，優(yōu)化設(shè)備使用性能，專利中提及的推力墊圈也是以塑料為基體材料，但對塑料的種類、組成及制備工藝均沒有提及。美國專利US6264566、US5813916和國際專利WO96/35059在傳動萬向節(jié)軸承杯與滾針軸承間放置推力墊圈，可以減少金屬部件的擦傷和磨損。專利中提及的推力墊圈以尼龍作為基體材料。但由于推力墊圈的工作環(huán)境需要其具有耐高溫、高強度、耐磨損、自潤滑等性能，就尼龍的耐溫等級和強度，其只能適宜應(yīng)用于工況要求較低的場合。而且專利中也末對尼龍基推力墊圈材料的組成和制備工藝做出說明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有推力墊圈成型工序復(fù)雜、效率低、生產(chǎn)成本高、使用過程中噪音大、易于變形失效和使用場合條件苛刻等問題而提出的一種以加工性能突出的熱塑性聚合物為基體的推力墊圈；本發(fā)明的另一目的是提供上述材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種熱塑性聚合物基推力墊圈，其特征在于該推力墊圈其原料組份及各組份占原料總量的重量百分含量如下熱塑性聚合物 60％～90％增強纖維或晶須0％～20％固體潤滑劑5％～20％所述的熱塑性聚合物為酰亞胺類、醚酮類熱塑性聚合物中的一種或兩者混合物。其中酰亞胺類優(yōu)選熱塑性聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺(Torlon)，醚酮類優(yōu)選聚醚酮(Kadel)、聚醚醚酮(Victrex)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮醚酮酮(Ultrapek)。
所述的增強纖維為碳纖維(臺灣塑膠工業(yè)股份有限公司生產(chǎn))或玻璃纖維(南京玻璃纖維研究設(shè)計院提供)的一種或兩者混合物。
所述的增強晶須為鈦酸鉀晶須(上海晶須復(fù)合復(fù)合材料廠提供)或碳化硅晶須(徐州宏武納米材料有限公司提供)中的一種。
所述的固體潤滑劑是至少為聚四氟乙烯、石墨、二硫化鉬中的一種。
一種熱塑性聚合物基推力墊圈，其特征在于該墊圈材料采用雙螺桿擠出機(jī)擠出共混的方法制備，其工藝過程如下稱取占原料總重60～90％的熱塑性聚合物和占原料總重5～20％的固體潤滑劑，經(jīng)過高速混合機(jī)混合均勻后加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，此過程中通過添加連續(xù)長纖維的方法計量加入原料總重量的0～20％的增強纖維，或通過側(cè)喂料機(jī)計量加入原料總重量的0～20％的增強晶須，由此即得到推力墊圈用材料粒子。
擠出工藝如下溫度340～400℃；主機(jī)轉(zhuǎn)速200～300rpm；喂料頻率8～15Hz。
一種熱塑性聚合物基推力墊圈，其特征在于該墊圈材料可采用注射成型的方法一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸各異的推力墊圈，其工藝參數(shù)如下注射成型溫度340～400℃注射壓力90～150MPa；注射速度2～3s；模具溫度120～200℃；冷卻時間8～20s。
有益效果本發(fā)明選用加工性能突出的熱塑性聚合物為基體，具有可熱塑加工的性能，簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明選用的熱塑性聚合物具有耐高溫、高強度、抗疲勞的優(yōu)異性能。與金屬墊圈相比，此類塑料墊圈彈性形變大，不易變形，并具有自潤滑特點，可減少振動、降低噪音，延長設(shè)備使用壽命和維護(hù)周期。
采用擠出共混的方法制備具有耐高溫、高強度、耐沖擊、彈性形變大(不易變形)、低摩擦系數(shù)、低磨損量的力墊圈復(fù)合材料專用料；該復(fù)合材料專用料可采用注射成型的方法一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸各異的推力墊圈。
材料典型性能如下

具體實施例方式
實施例1將質(zhì)量百分含量70％的熱塑性聚酰亞胺(GCPITM、Aurum)，10％的聚四氟乙烯，5％的二硫化鉬通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量15％的玻璃纖維(南京玻璃纖維研究設(shè)計院提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例2將質(zhì)量百分含量75％的聚醚醚酮(Victrex)，6％的聚四氟乙烯，4％的石墨通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量15％的碳纖維(臺灣塑膠工業(yè)股份有限公司生產(chǎn))，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例3將質(zhì)量百分含量30％的熱塑性聚酰亞胺(Aurum)，30％的聚醚酮(Kadel)，10％的聚四氟乙烯，5％的石墨和5％的二硫化鉬通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量10％的碳纖維(臺灣塑膠工業(yè)股份有限公司生產(chǎn))和10％的玻璃纖維(南京玻璃纖維研究設(shè)計院提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例4將質(zhì)量百分含量90％的熱塑性聚酰亞胺(GCPITM、Aurum)，3％的聚四氟乙烯，7％的石墨通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例5將質(zhì)量百分含量80％的聚酰胺-酰亞胺(Torlon)，5％的聚四氟乙烯，5％的石墨通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量10％的碳纖維(臺灣塑膠工業(yè)股份有限公司生產(chǎn))，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例6將質(zhì)量百分含量65％的熱塑性聚酰亞胺(GCPITM、Aurum)，5％的聚四氟乙烯，15％的石墨通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量15％的鈦酸鉀晶須(上海晶須復(fù)合復(fù)合材料廠提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例7將質(zhì)量百分含量70％的聚醚酮醚酮酮(Ultrapek)，10％的聚四氟乙烯，10％的二硫化鉬通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量10％的碳化硅晶須(徐州宏武納米材料有限公司提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例8將質(zhì)量百分含量40％的熱塑性聚酰亞胺(GCPITM、Aurum)，20％的聚醚醚酮(Victrex)，10％的聚四氟乙烯，5％的石墨和5％的二硫化鉬通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量20％的鈦酸鉀晶須(上海晶須復(fù)合復(fù)合材料廠提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例9將質(zhì)量百分含量90％的熱塑性聚酰亞胺(GCPITM、Aurum)，5％的聚四氟乙烯通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量5％的碳化硅晶須(徐州宏武納米材料有限公司提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
實施例10將質(zhì)量百分含量60％的聚醚酮酮(PEKK)，15％的聚四氟乙烯，5％的二硫化鉬通過高速混合機(jī)混合均勻后，加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，在此過程中計量加入質(zhì)量百分含量20％的鈦酸鉀晶須硅(上海晶須復(fù)合復(fù)合材料廠提供)，擠出造料即得墊圈用材料粒子，粒子經(jīng)過注射成型即可得墊圈。具體工藝參數(shù)及材料性能參見附表。
附表


權(quán)利要求
1.一種熱塑性聚合物基推力墊圈，其特征在于該推力墊圈其原料組份及各組份占原料總量的重量百分含量如下熱塑性聚合物60％～90％增強纖維或晶須 0％～20％固體潤滑劑 5％～20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力墊圈，其特征在于所述的熱塑性聚合物為酰亞胺類、醚酮類熱塑性聚合物中的一種或兩者混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的推力墊圈，其特征在于所述的酰亞胺類為熱塑性聚酰亞胺或聚酰胺-酰亞胺；醚酮類為聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮或聚醚酮醚酮酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力墊圈，其特征在于所述的增強纖維為碳纖維或玻璃纖維的一種或兩者混合物；所述的增強晶須為鈦酸鉀晶須或碳化硅晶須中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推力墊圈，其特征在于所述的固體潤滑劑至少為聚四氟乙烯、石墨、二硫化鉬中的任意一種。
6.一種如權(quán)利要求1所述的熱塑性聚合物基推力墊圈的制備方法，其具體步驟如下A.稱取占原料總重60～90％的熱塑性聚合物和占原料總重5～20％的固體潤滑劑，經(jīng)過高速混合機(jī)混合均勻后加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，此過程中通過添加連續(xù)長纖維的方法計量加入原料總重量的0～20％的增強纖維，或通過側(cè)喂料機(jī)計量加入原料總重量的0～20％的增強晶須，由此即得到推力墊圈用材料粒子；B.將上述所制得的推力墊圈用材料粒子采用注射成型的方法一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸各異的推力墊圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟A中擠出工藝參數(shù)為溫度340～400℃；主機(jī)轉(zhuǎn)速200～300rpm；喂料頻率8～15Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟B中注射成型參數(shù)為溫度340～400℃；注射壓力90～150MPa；注射速度2～3s；模具溫度120～200℃；冷卻時間8～20s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種推力推墊圈及其制備方法，尤其涉及一種熱塑性聚合物基推力墊圈及其制備方法。其技術(shù)方案為稱取熱塑性聚合物和固體潤滑劑，經(jīng)過高速混合機(jī)混合均勻后加入雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，此過程中添加增強纖維和增強晶須；所制備的材料具有耐高溫、高強度、耐沖擊、彈性形變大(不易變形)、低摩擦系數(shù)、低磨損量等優(yōu)點；該復(fù)合材料專用料可采用注射成型的方法一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸各異的推力墊圈。
文檔編號C08L79/08GK101092988SQ20071002504
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者黃培, 王曉東, 宋艷江 申請人:南京工業(yè)大學(xué)