CN100460110C - 机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种大型机械产品制造领域的机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法。本发明采用聚醚醚酮为自润滑材料，以具有润滑性的铜作为金属基体进行烧结；采用的高温模压成型法制备聚醚醚酮高分子复合材料：首先将聚醚醚酮分子与铜粉的混合物进行机械混合，分散均匀，然后将聚醚醚酮与铜混合粉在烧结炉中将聚醚醚酮复合材料跟铜粉按照不同的温度分区进行熔化烧结，最后用轧机进行精轧形成产品。本发明可以改善制备出高质量的自润滑材料，并装配于滑动轴承、大型球磨机、回转窑、冷却机等设备，实现了上述设备的自润滑性能，避免轴承大型球磨机、回转窑、冷却机等大型设备由于润滑故障造成的损失。

Description

机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料技术领域的方法，具体是一种机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法。

背景技术

复合层自润滑高分子材料广泛应用于机械产品中，如轴承、球磨机、回转窑、冷却机等。对于这类负荷大、工作环境恶劣的机械产品来说，使用具有自润滑功能的高分子对产品进行保护保护，是近年来研究的重点。国内外对机械产品使用的自润滑材料做了大量研究，开发出了一些复合层高分子自润滑材料，其中包括轴承用高分子材料、齿轮用碳纤维复合材料等。

经对现有技术文献的检索发现，吴忠文在《化工新型材料》2005(6)发表的“特种工程塑料聚醚矾、聚醚醚酮树脂国内外研究、开发、生产现状”，通过对国内外有关自滑动高分子材料的科技专利文献的分析，综述了各种高分子材料，特别是聚醚矾、聚醚醚酮作为自润滑材料的优缺点，介绍了聚醚矾、聚醚醚酮的特性。尽管该研究对自润滑材料的特性有了进一步的认识，对自润滑材料进行了论述，然而，国内外针对复合层高分子材料的制备工艺和方法未见正式报道。

发明内容

本发明的目的在于填补国内外针对金属基复合层聚醚醚酮高分子材料制备工艺的空白，提供一种机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法。使得本发明制备的自润滑材料克服现有技术的缺陷，避免大型设备由于润滑故障造成的损失。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体包括高分子材料和金属基体的选取以及高分子材料与金属基体的烧结工艺。具体如下：

(1)高分子材料和金属基体的选取

聚醚醚酮高分子材料是继通用塑料、工程塑料之后于研究开发成功的第三代高分子材料的一个新领域。它具有高强度、高模量、耐高温、耐辐射以及尺寸稳定等特点，在力学性能方面不仅强度、弹性模量和断裂韧性高，而且高温下的强度损失较小，尺寸稳定性好；在摩擦性能方面，耐高温磨损性能较为突出。针对聚醚醚酮高分子材料在自润滑机械产品中的应用，本发明对其材料特性，并结合实际应用工况，进行了模拟实验发现：聚醚醚酮高分子材料具有更高的耐温性，长期使用温度可达250℃，短期使用温度可达300℃；能耐许多有机或无机化学品，只在浓的无水强氧化性酸中溶解或分解，在宽的pH范围内几乎不受其他化学品的腐蚀。基于上述聚醚醚酮高分子材料的优异特性，结合轴承、球磨机、回转窑、冷却机等产品的使用环境，本发明确定聚醚醚酮为自润滑材料，以具有润滑性的铜作为金属基体进行烧结。

(2)复合层自润滑材料的制备

聚醚醚酮高分子复合材料的制备可采用挤出、注射、模压等方法。本发明采用的是高温模压成型法：首先将聚醚醚酮分子及各种填料的混合物进行机械混合，尽量分散均匀，然后将其在烧结炉中按照不同的温度分区进行高温熔化烧结，最后用轧机进行精轧形成产品。针对轴承、球磨机、回转窑、冷却机等产品的使用条件，本发明采用将聚醚醚酮复合材料跟铜粉进行烧结的工艺。

滑动轴承、大型球磨机、回转窑、冷却机等大型设备的运行过程中，由于工作条件的恶劣，经常出现润滑油供用不足，从而导致设备的损坏。利用本发明可以制备出高质量的自润滑材料，并装配于滑动轴承、大型球磨机、回转窑、冷却机等设备，实现了上述设备的自润滑性能，从而克服传统非自润滑材料的缺陷，在润滑油供用不足的情况下仍能连续工作80小时以上，从而提高了上述设备的可靠性，避免轴承大型球磨机、回转窑、冷却机等大型设备由于润滑油供用不足造成的故障损失。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

聚醚醚酮复合材料具有良好的润滑特性，为了方便其在轴承、球磨机、回转窑、冷却机等产品中的装配，需将其与铜粉进行烧结，并与铜基体形成复合层，其中包括铜粉烧结炉各区温度的确定、球粉板厚度的确定、轧机间隙的确定等等。本实施例根据以下技术要求和实施条件实施：

(1)取3mm厚度的铜基板和铜粉；

(2)铜粉烧结参数的确定。由于铜粉与聚醚醚酮高分子材料(聚醚醚酮粉)的烧结是一个逐渐融合凝固的过程，因此，本发明采取在烧结炉中对烧结过程进行分区的策略。具体分区方式和分区温度见表一。(按照温度不同，本实施例将烧结炉中分为8个不同的区域)

(3)聚醚醚酮粉层厚度(自润滑材料的工作厚度)的确定。根据聚醚醚酮高分子材料的使用特性、工艺要求以及其在轴承、球磨机、回转窑、冷却机等产品中的装配需求，本发明确定聚醚醚酮粉层厚度为3.101—3.106mm。

(4)聚醚醚酮粉层的铺设。铜基板在树脂辊校平机上校平后，称取136g聚醚醚酮粉，用铺平设备均匀铺在铜基板上，铜基板板面垫一张金塑板进四柱油压机进行预压，预压时上压板停留在离铜板面约14mm的距离，温度250-285℃，保温8分钟，等聚醚醚酮粒子半熔化后在压板间放5.3mm等高块，且醚醚酮材料上表面放一张略大于铜基板面积的金塑板，压紧压板，温度250-285℃，保温8分钟。

(5)轧机间隙的确定。轧机速度≥7m/min，成型后的自润滑材料复合板材从压机中取出后连同表面的金塑板立刻进轧机轧制，然后马上浸入到冷水中，自润滑材料复合板材壁厚尽量控制在5.001—5.006mm，自润滑材料复合板材浸水中时间长一点，尽量不要把金塑板和自润滑材料复合板材强制撕开，最好让金塑板自动和自润滑材料复合板材自动脱开。

(6)自润滑材料复合板材塑料面用抛轮抛光，粗平轧至4.001—4.006mm。

(7)轧油穴，为了使所制备的复合层聚醚醚酮自润滑材料能够具有更好的润滑效果，本发明在复合层聚醚醚酮自润滑材料的表面进行轧油穴，使材料的表面具有储存少量润滑油的功能，以提高自润滑效果：轧辊为带圆角的角轧辊，钉角深约0.40mm；自润滑材料复合板材轧油穴前先预热，温度：445-555℃，保温时间：6分钟；调轧机至合适间隙，轧机速度≥7m/min，自润滑材料复合板材从烘箱中取出后立刻进轧机轧制，壁厚尽量控制在4.001—4.006mm。

(8)精平轧至4.001—4.003mm，校平自润滑材料复合板材。

(9)对自润滑材料复合板材进行检验。检验项目：壁厚、长度、宽度、球粉板烧结强度、层间结合强度、外观等。

通过上述步骤，可以制备出有效工作厚度为3mm的三层(铜基板、和铜粉层和聚醚醚酮粉层)复合高分子自润滑材料。该材料具有高的耐温性，长期使用温度可达250℃，短期使用温度可达300℃；能耐多种有机或无机化学品，只在浓的无水强氧化性酸中溶解或分解；具有良好的干摩擦效果，在压力为1MP和线速度为5m/s的条件下连续干摩擦40小时。

Claims (4)

1.一种机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下两个方面：

(1)高分子材料和金属基体的选取

采用聚醚醚酮高分子材料为自润滑材料，以具有润滑性的铜作为金属基体进行烧结；

(2)复合层自润滑材料的制备

采用的高温模压成型法制备聚醚醚酮高分子复合材料：首先将聚醚醚酮粉与铜粉的混合物进行机械混合，分散均匀，然后将聚醚醚酮粉与铜粉混合粉在烧结炉中将聚醚醚酮复合材料跟铜粉按照不同的温度分区进行熔化烧结，最后用轧机进行精轧形成由铜基板、铜粉层和聚醚醚酮高分子层组成的复合高分子自润滑材料；

所述的按照不同的温度分区进行熔化烧结，具体分区方式和分区温度如下：一区温度为590～610℃；二区温度为740～760℃；三区温度为890～910℃；四至八区温度980～1000℃。

2.根据权利要求1所述的机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法，其特征是，所述的聚醚醚酮高分子层，其厚度为3.101—3.106mm。

3.根据权利要求1或2所述的机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法，其特征是，所述聚醚醚酮高分子层，其铺设方法为：铜基板在树脂辊校平机上校平后，称取聚醚醚酮粉，用铺平设备均匀铺在铜基板上，铜基板板面垫一张金塑板进四柱油压机进行预压，预压时上压板停留在离铜板面14mm的距离，温度为250-285℃，保温8分钟，等聚醚醚酮粒子半熔化后在压板间放5.3mm等高块，且醚醚酮材料上表面放一张大于铜板面面积的金塑板，压紧压板，温度250-285℃，保温8分钟。

4.根据权利要求1所述的机械产品用自润滑复合层高分子材料的制备方法，其特征是，所述聚醚醚酮高分子层，其表面轧有油穴，轧油穴的工艺为：轧辊为带圆角的角轧辊，钉角深0.40mm；将待轧油穴的聚醚醚酮高分子层先预热到445-555℃，保温6分钟；轧机速度≥7m/min，之后将聚醚醚酮高分子层从烘箱中取出后立刻进轧机轧制，将聚醚醚酮高分子层的壁厚控制在4.001—4.006mm。