專利名稱：聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合材料技術領域，尤其涉及到一種聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法。
背景技術：
聚酰亞胺由于密度小、質輕，常用來制作軸承保持架管坯，常溫下具有抗拉強度高、耐磨及自潤滑性好等優(yōu)點。但國產聚酰亞胺的玻璃化轉變溫度較低，耐溫性較差，尤其是在不大于260°C時的抗拉強度較低，熱變形溫度較低是聚酰亞胺存在的問題之一。熱導率較小是聚酰亞胺存在的問題之二，聚酰亞胺的熱導率彡0.15 W.(I!!. —1，熱導率較小時不能將保持架摩擦面上迅速累積的熱量傳導出去，會使保持架表面軟化、磨損加劇，嚴重影響軸承的正常運轉，縮短使用壽命。在聚酰亞胺中添加其它材料所制作的保持架，以圖增大其熱變形溫度和熱導率是當前研究的主要課題。有關制作保 持架管坯過程中保持架模具的尺寸構成以及熱壓方式是常用的，但其中的某些加工參數會有所不同。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法，納米銅具有耐高溫、熱導率大、粒徑小等特點，能對聚酰亞胺的功效起到顯微增強效果，改善聚酰亞胺的耐熱性和耐磨性，添加聚四氟乙烯可顯著地改善合成后復合材料的摩擦磨損性能，所制作保持架管坯的熱變形溫度大于260°C，熱導率大于0.15 ff.(m.K)'保持架管坯具有質輕、耐磨、自潤滑及抗拉強度高等優(yōu)點。為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法，該方法經歷四步，第一步要對一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯進行預處理，第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料，第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理，第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯，第四步中有關保持架模具的尺寸構成以及熱壓方式借鑒了現有技術，保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座，設定保持架的內徑為d、外徑為D、高度為H，但圍繞經球磨處理的所述聚酰亞胺復合材料在第四步中的加工參數有所不同；
第一步預處理
對納米銅的預處理:在盛有濃度為2%的偶聯劑KH-570和無水乙醇的燒杯中加入適量的納米銅，將燒杯放入超聲槽內對納米銅進行偶聯和超聲分散，超聲槽的超聲頻率控制在28KHZ、功率控制在900W、時間控制在30分鐘，之后再將燒杯置于氮氣氣氛保護的干燥箱中進行干燥處理，氮氣流量控制在80mL/min，干燥箱溫度控制在110°C，干燥時間3小時，再從燒杯中取出納米銅并密封保存?zhèn)溆?，重復納米銅的預處理過程可以積累到一定量的納米銅；
對聚酰亞胺以及聚四氟乙烯的預處理:將聚酰亞胺以及聚四氟乙烯分別放在真空干燥箱內進行真空干燥，真空干燥箱的真空度控制在-0.1MPa，真空干燥箱的溫度控制在80°C，真空干燥2小時后取出并分別密封保存，重復聚酰亞胺以及聚四氟乙烯的預處理過程可以積累到一定量的聚酰亞胺以及一定量的聚四氟乙烯；
第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料
按重量份分別取70 75的聚酰亞胺、3 6的聚四氟乙烯并分別在200目篩上進行過篩，先將過篩的聚酰亞胺和20 25的納米銅一同放入手持式機械攪拌機內攪拌3 5次，每次攪拌的時間控制在20 30秒，每次混料時手持式機械攪拌機的轉速控制在10000 12000r/min，最后加入過篩的聚四氟乙烯進行再攪拌，所述再攪拌的次數、時間以及轉速同上，配制出聚酰亞胺復合材料；
第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理
將所述聚酰亞胺復合材料放入三維球磨機中，球磨機中加入15粒直徑為3mm的陶瓷球，球磨8小時后過150目篩進行篩分，去掉篩上料及陶瓷球得到球磨處理的聚酰亞胺復合材料，使用二十倍顯微鏡觀察球磨處理的聚酰亞胺復合材料的色差，無明顯色差的聚酰亞胺復合材料即為合格產品并密封保存?zhèn)溆茫?br> 第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯
在所述保持架模具中:所述外套的內徑=所述D+3mm，所述芯子的外徑=所述d_3mm，所述外套高度=所述芯子高度> 3H，所述沖頭的外徑與所述外套的內徑相匹配，所述沖頭的內徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的內徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的外徑與外所述套的內徑相匹配；
將球磨處理的聚酰亞胺復合材料填充在所述保持架模具內并將所述保持架模具置于熱壓機中，熱壓機的壓力控制在500Kg/cm2，熱壓機在壓制前3分鐘要排除所述保持架模具內的空氣，3分鐘后對所述保持架模具實施加熱，40分鐘后加熱到385°C，當溫度達到385°C時熱壓機的壓力加大到1000 Kg/cm2并保溫40分鐘，在保溫40分鐘期間熱壓機要自動保壓；保溫40分鐘后停止加熱，繼續(xù)保壓20分鐘后停止保壓，待溫度低于180°C時脫模即制作出保持架管坯，經對該保持架管坯檢測:
依據GB/T 1634.2-2004標準，在1.80MPa時的熱變形溫度達到270°C以上；經HotDisk 2500S導熱系數測量儀測出熱導率達到0.2 ff.(m.K)-1以上。由于采用如上所述技術方案，本發(fā)明產生如下積極效果:
1、本發(fā)明的聚酰亞胺復合材料既保留了聚酰亞胺的高抗拉強度，同時又提高了聚酰亞胺的熱變形溫度和熱導率，添加納米銅和聚四氟乙烯改善了聚酰亞胺的耐磨性和潤滑性。2、本發(fā)明的聚酰亞胺復合材料具有較高的耐溫性和高溫抗拉強度、低摩擦、耐磨損、表面光潔度聞等特點，質輕有利于減輕保持架自身重量，有利于提聞軸承的轉速及聞速運轉時的穩(wěn)定性。3、本發(fā)明的聚酰亞胺復合保持架材料具有更高的可靠性。
4、由聚酰亞胺復合材料制作出的保持架管坯，其熱變形溫度大于260°C，熱導率大于0.15 ff.(m.K)—1，摩擦系數小，磨損量低。5、納米銅和聚四氟乙烯是提升聚酰亞胺的有效途徑。6、在潤滑油停止供應等極端情況下，由本發(fā)明聚酰亞胺復合材料制作的保持架能產生短期熔化潤滑層，有效延長斷油后發(fā)動機的運轉時間，避免發(fā)動機立即卡死，提高發(fā)動機的安全系數。
具體實施例方式本發(fā)明是一種聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法，其中納米銅為增強材料，聚四氟乙烯為潤滑改性材料，只要所制作保持架管坯的熱變形溫度大于260°C，熱導率大于0.15 ff.(m.K)—1，即達到本發(fā)明之目的。本發(fā)明的方法經歷四步，第一步要對一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯進行預處理，第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料，第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理，第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯，第四步中有關保持架模具的尺寸構成以及熱壓方式借鑒了現有技術，保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座，設定保持架的內徑為d=53.8mm、外徑為D=59.6mm、高度為H=15.6mm,但圍繞經球磨處理的所述聚酰亞胺復合材料在第四步中的加工參數有所不同；
在上述參數的設置下，本發(fā)明的四步分述如下:
第一步預處理
對納米銅的預處理:在盛有濃度為2%的偶聯劑KH-570和無水乙醇的燒杯中加入適量的納米銅，將燒杯放入超聲槽內對納米銅進行偶聯和超聲分散，超聲槽的超聲頻率控制在28KHZ、功率控制在900W、時間控制在30分鐘，之后再將燒杯置于氮氣氣氛保護的干燥箱中進行干燥處理，氮氣流量控制在80mL/min，干燥箱溫度控制在110°C，干燥時間3小時，再從燒杯中取出納米銅并密封保存?zhèn)溆?，重復納米銅的預處理過程可以積累到一定量的納米銅。對聚酰亞胺以及聚四氟乙烯的預處理:將聚酰亞胺以及聚四氟乙烯分別放在真空干燥箱內進行真空干燥，真空干燥箱的真空度控制在-0.1MPa，真空干燥箱的溫度控制在80°C，真空干燥2小時后取出并分別密封保存，重復聚酰亞胺以及聚四氟乙烯的預處理過程可以積累到一定量的聚酰亞胺以及一定量的聚四氟乙烯。第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料
以下重量份按公斤計:
當聚酰亞胺取70重量份時，則納米銅取25重量份，聚四氟乙烯取5重量份。當聚酰亞胺取72重量份時，則納米銅取22重量份，聚四氟乙烯取6重量份。當聚酰亞胺取75重量份時，則納米銅取20重量份，聚四氟乙烯取5重量份。按上述重量份先將聚酰亞胺、聚四氟乙烯分別在200目篩上進行過篩，將過篩的聚酰亞胺及納米銅一同放入手持式機械攪拌機內攪拌3 5次，每次攪拌的時間控制在20 30秒，每次混料時手持式機械攪拌機的轉速控制在10000 12000r/min，最后加入過篩的聚四氟乙烯進行再攪拌，所述再攪拌的次數、時間以及轉速同上，配制出聚酰亞胺復合材料。第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理
將所述聚酰亞胺復合材料放入三維球磨機中，球磨機中加入15粒直徑為3mm的陶瓷球，球磨8小時后過150目篩進行篩分，去掉篩上料及陶瓷球得到球磨處理的聚酰亞胺復合材料，使用二十倍顯微鏡觀察球磨處理的聚酰亞胺復合材料的色差，無明顯色差的聚酰亞胺復合材料即為合格產品并密封保存?zhèn)溆谩＞埘啺烦庶S色粉末，納米銅呈棕紅色粉末，聚四氟乙烯呈白色粉末，經第三步得到的聚酰亞胺復合材料呈灰褐色，使用二十倍顯微鏡觀察聚酰亞胺復合材料時若顏色均為灰褐色即稱為無明顯色差，這種色差是肉眼不能觀察到的。第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯
在所述保持架模具中:所述外套的內徑=所述D+3mm=62.6mm,所述芯子的外徑=所述d-3mm=50.8mm,所述外套高度=所述芯子高度> 3H=46.8mm,所述沖頭的外徑與所述外套的內徑相匹配，所述沖頭的內徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的內徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的外徑與外所述套的內徑相匹配。將球磨處理的聚酰亞胺復合材料填充在所述保持架模具內并將所述保持架模具置于熱壓機中，熱壓機的壓力控制在500Kg/cm2，熱壓機在壓制前3分鐘要排除所述保持架模具內的空氣，3分鐘后對所述保持架模具實施加熱，40分鐘后加熱到385°C，當溫度達到385°C時熱壓機的壓力加大到1000 Kg/cm2并保溫40分鐘，在保溫40分 鐘期間熱壓機要自動保壓；保溫40分鐘后停止加熱，繼續(xù)保壓20分鐘后停止保壓，待溫度低于180°C時脫模即制作出保持架管坯。下表是保持架管坯檢測的相關性能參數。
權利要求
1.一種聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法，該方法經歷四步，第一步要對一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯進行預處理，第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料，第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理，第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯，第四步中有關保持架模具的尺寸構成以及熱壓方式借鑒了現有技術，保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座，設定保持架的內徑為d、外徑為D、高度為H，但圍繞經球磨處理的所述聚酰亞胺復合材料在第四步中的加工參數有所不同；其特征是: 第一步預處理 對納米銅的預處理:在盛有濃度為2%的偶聯劑KH-570和無水乙醇的燒杯中加入適量的納米銅，將燒杯放入超聲槽內對納米銅進行偶聯和超聲分散，超聲槽的超聲頻率控制在28KHZ、功率控制在900W、時間控制在30分鐘，之后再將燒杯置于氮氣氣氛保護的干燥箱中進行干燥處理，氮氣流量控制在80mL/min，干燥箱溫度控制在110°C，干燥時間3小時，再從燒杯中取出納米銅并密封保存?zhèn)溆?，重復納米銅的預處理過程可以積累到一定量的納米銅； 對聚酰亞胺以及聚四氟乙烯的預處理:將聚酰亞胺以及聚四氟乙烯分別放在真空干燥箱內進行真空干燥，真空干燥箱的真空度控制在-0.1MPa，真空干燥箱的溫度控制在80°C，真空干燥2小時后取出并分別密封保存，重復聚酰亞胺以及聚四氟乙烯的預處理過程可以積累到一定量的聚酰亞胺以及一定量的聚四氟乙烯； 第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料 按重量份分別取70 75的聚酰亞胺、3 6的聚四氟乙烯并分別在200目篩上進行過篩，先將過篩的聚酰亞胺和20 25的納米銅一同放入手持式機械攪拌機內攪拌3 5次，每次攪拌的時間控制在20 30秒，每次混料時手持式機械攪拌機的轉速控制在10000 12000r/min，最后加入過篩的聚四氟乙烯進行再攪拌，所述再攪拌的次數、時間以及轉速同上，配制出聚酰亞胺復合材料； 第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理 將所述聚酰亞胺復合材料放入三維球磨機中，球磨機中加入15粒直徑為3mm的陶瓷球，球磨8小時后過150目篩進行篩分，去掉篩上料及陶瓷球得到球磨處理的聚酰亞胺復合材料，使用二十倍顯微鏡觀察球磨處理的聚酰亞胺復合材料的色差，無明顯色差的聚酰亞胺復合材料即為合格產品并密封保存?zhèn)溆茫? 第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯 在所述保持架模具中:所述外套的內徑=所述D+3mm，所述芯子的外徑=所述d_3mm，所述外套高度=所述芯子高度> 3H，所述沖頭的外徑與所述外套的內徑相匹配，所述沖頭的內徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的內徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的外徑與外所述套的內徑相匹配； 將球磨處理的聚酰亞胺復合材料填充在所述保持架模具內并將所述保持架模具置于熱壓機中，熱壓機的壓力控制在500Kg/cm2，熱壓機在壓制前3分鐘要排除所述保持架模具內的空氣，3分鐘后對所述保持架模具實施加熱，40分鐘后加熱到385°C，當溫度達到385°C時熱壓機的壓力加大到1000 Kg/cm2并保溫40分鐘，在保溫40分鐘期間熱壓機要自動保壓；保溫40分鐘后停止加熱，繼續(xù)保壓20分鐘后停止保壓，待溫度低于180°C時脫模即制作出保持架管坯，經對該保持架管坯檢測: 依據GB/T 1634.2-2 004標準，在1.80MPa時的熱變形溫度達到270°C以上；經HotDisk 2500S導熱系數測量儀測出熱導率達到0.2 ff.(m.K)-1以上。
全文摘要
一種聚酰亞胺添加納米銅和聚四氟乙烯制作保持架管坯的方法，第一步要對一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯進行預處理，第二步從一定量的納米銅、聚酰亞胺和聚四氟乙烯中按重量份進行重新配比并配制出聚酰亞胺復合材料，第三步對配制出聚酰亞胺復合材料進行球磨處理，第四步在熱壓機上熱壓制作保持架管坯，該保持架管坯的最大特點是依據GB/T1634.2-2004標準在1.80MPa時的熱變形溫度達到270℃以上，經HotDisk2500S導熱系數測量儀測出熱導率達到0.2W.(m.K)-1以上，保留聚酰亞胺的高抗拉強度，提高聚酰亞胺的熱變形溫度和熱導率，納米銅和聚四氟乙烯改善聚酰亞胺的耐磨性和潤滑性。
文檔編號C08L79/08GK103101205SQ201210439088
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者孫小波, 王楓, 高海潮, 時連衛(wèi), 寧仲, 王子君 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司