CN101696311B - 一种轴承保持架材料及其制备方法 - Google Patents

一种轴承保持架材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴承保持架材料及其制备方法，该材料按重量百分含量由2％～5％的二硫化钼、8％～12％的聚酰亚胺、9％～15％的聚苯酯和余量的聚四氟乙烯制成，其制备方法包括下列步骤：称取原料→混合→研磨→装入模具→加压制成坯料→烧结→加工成成品。该保持架材料具有耐高低温性、尺寸稳定性、对金属对摩面的磨蚀作用小及优良的耐摩擦磨损性。采用本发明的轴承保持架材料制成的保持架可以在无磁、环境温度变化为-196℃～+55℃、转速高达7200r/min的苛刻条件下使用，从而提高了轴承的性能。

Description

一种轴承保持架材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种轴承保持架材料及其制备方法。
背景技术
转子轴承保持架目前在有磁和温差范围较小的电机上已经得到了广泛应用，但是目前还没有适合在无磁、环境温度变化大并且转速较高的电机上使用达100小时的转子轴承保持架。目前超低温液氮(-196℃)条件下通常采用玻璃纤维增强聚四氟乙烯复合材料做轴承保持架材料，但这种材料制成的保持架在高低温(-196℃～+55℃)交替、无磁并且高转速(7200r/min)的工况条件下使用时，存在轴承噪音大、摩擦力矩大、停惯时间短、摩损量大、保持架尺寸变形量较大及对金属对摩面的磨蚀作用较大等问题，不能满足使用要求。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种轴承保持架材料。
本发明的目的之二是提供一种轴承保持架材料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种轴承保持架材料，由以下重量百分含量的组分制备而成：
二硫化钼   2％～5％；
聚酰亚胺   8％～12％；
聚苯酯     9％～15％；
余量为聚四氟乙烯。
其中聚酰亚胺的比浓对数粘度为115ml/g～150ml/g，表观密度为0.35g/cm3～0.45g/cm3。
一种轴承保持架材料的制备方法，具体包括下列步骤：
(1)按重量百分含量准确称取二硫化钼、聚酰亚胺、聚苯酯和聚四氟乙烯，混合，研磨；
(2)装入模具的模腔内，然后合上模具；
(3)在模具外套处加垫垫片，给模具加压至20～40MPa，保持3～5分钟，去除垫片，再给模具加压至50～70MPa，保持3～5分钟，脱模即得轴承保持架坯料；
(4)烧结，升温速度为2～4℃/min，升至320～335℃，保持40～60分钟，再升至365～375℃，保持40～60分钟，之后自然冷却至室温，取出；
(5)加工成轴承保持架成品。
步骤(1)中二硫化钼的粒径为100～150目、聚酰亚胺的粒径为100～300目、聚苯酯的粒径为100～300目、聚四氟乙烯的粒径为100～150目，混合时在混合机中进行，混合机的搅拌转速为10000～12000r/min。
步骤(2)中模具的材料为轴承钢。
聚四氟乙烯材料属于特种工程塑料，化学稳定性十分优异，几乎不与其他任何物质发生化学反应。由于聚四氟乙烯内部结晶度较高，在外应力作用下，聚四氟乙烯的分子链易出现滑移，转移至对磨面上，因而它的摩擦系数极低，是塑料中最低的；聚四氟乙烯的热稳定性高，在受热情况下可以保持固体形状，同时它的机械性能优良，抗拉强度为30MPa，断裂伸长率达300％。聚苯酯在较大的温度范围内具有很高的刚性，极高的耐压缩蠕变性，易于切削加工，同时有很高的承受负荷的能力，良好的自润滑性及导热性，与聚四氟乙烯可按任何比例共混并冷压烧结成型。聚酰亚胺是优异的特种工程塑料，具有高耐热性、优异的机械性能及摩擦磨损性能。二硫化钼是一种固体润滑材料。
本发明的轴承保持架材料以聚四氟乙烯材料为基体，利用二硫化钼提高基体的表观硬度和自润滑性，利用聚酰亚胺和聚苯酯提高基体的强度，增强耐摩擦磨损性能。本发明的轴承保持架材料在性能上保留了聚四氟乙烯的润滑性能，同时还具有优良的热稳定性、耐化学腐蚀性、良好的导热性及耐压缩蠕变性、较高的强度及优良的耐摩擦磨损性能，而且对金属对摩件没有磨蚀作用。这种轴承保持架材料的使用温度范围宽，耐老化，耐辐射，具有一定的自润滑性及尺寸稳定性，无需供油装置，具有高精度、高可靠性。
用这种轴承保持架材料制成的保持架不仅是轴承的运动构件，又是固体润滑材料，通过在轴承内部运转对磨，可以向内、外套及钢球表面转移润滑膜，使轴承本身构成一个运动润滑的独立完整体系。采用本发明制成的轴承保持架可以在无磁、环境温度变化为-196℃～+55℃、转速高达7200r/min的苛刻条件下使用，从而提高了轴承的性能，满足了苛刻的工况条件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
轴承保持架材料按重量百分含量的构成为：
二硫化钼2％、聚酰亚胺12％、聚苯酯12％、聚四氟乙烯74％。
其中聚酰亚胺的比浓对数粘度为115ml/g，表观密度为0.40g/cm3。
该轴承保持架材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按重量百分含量准确称取二硫化钼、聚酰亚胺、聚苯酯和聚四氟乙烯，其中二硫化钼的粒径为100～150目、聚酰亚胺的粒径为100～300目、聚苯酯的粒径为100～300目、聚四氟乙烯的粒径为100～150目，放入转速为10000r/min的混合机内搅拌混合5次，每次20秒，之后用研钵研磨5分钟，使用二十倍显微镜观察无明显不匀现象即为合格；
(2)装入模具的模腔内，然后合上模具，模具材料为轴承钢；
(3)在模具外套处加垫垫片，用压力机给模具加压，压力为20MPa，保持3分钟，去除垫片，再用压力机给模具加压到50MPa，保持3分钟，脱模即得轴承保持架坯料；
(4)在烧结炉内烧结，升温速度为2℃/min，升温至320℃，保持40分钟，再升温至365℃，保持40分钟，之后自然冷却至室温，取出；
(5)按照设计尺寸加工成轴承保持架成品。
实施例2
轴承保持架材料按重量百分含量的构成为：
二硫化钼5％、聚酰亚胺8％、聚苯酯9％、聚四氟乙烯78％。
其中聚酰亚胺的比浓对数粘度为150ml/g，表观密度为0.35g/cm3。
该轴承保持架材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按重量百分含量准确称取二硫化钼、聚酰亚胺、聚苯酯和聚四氟乙烯，其中二硫化钼的粒径为100～150目、聚酰亚胺的粒径为100～300目、聚苯酯的粒径为100～300目、聚四氟乙烯的粒径为100～150目，放入转速为12000r/min的混合机内搅拌混合5次，每次10秒，之后用研钵研磨10分钟，使用二十倍显微镜观察无明显不匀现象即为合格；
(2)装入模具的模腔内，然后合上模具，模具材料为轴承钢；
(3)在模具外套处加垫垫片，用压力机给模具加压，压力为40MPa，保持3分钟，去除垫片，再用压力机给模具加压到70MPa，保持5分钟，脱模即得轴承保持架坯料；
(4)在烧结炉内烧结，升温速度为4℃/min，升温至335℃，保持60分钟，再升温至375℃，保持60分钟，之后自然冷却至室温，取出；
(5)按照设计尺寸加工成轴承保持架成品。
实施例3
轴承保持架材料按重量百分含量的构成为：
二硫化钼5％、聚酰亚胺10％、聚苯酯15％、聚四氟乙烯70％。
其中聚酰亚胺的比浓对数粘度为130ml/g，表观密度为0.45g/cm3。
该轴承保持架材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按重量百分含量准确称取二硫化钼、聚酰亚胺、聚苯酯和聚四氟乙烯，其中二硫化钼的粒径为100～150目、聚酰亚胺的粒径为100～300目、聚苯酯的粒径为100～300目、聚四氟乙烯的粒径为100～150目，放入转速为12000r/min的混合机内搅拌混合3次，每次15秒，之后用研钵研磨8分钟，使用二十倍显微镜观察无明显不匀现象即为合格；
(2)装入模具的模腔内，然后合上模具，模具材料为轴承钢；
(3)在模具外套处加垫垫片，用压力机给模具加压，压力为30MPa，保持5分钟，去除垫片，再用压力机给模具加压到60MPa，保持5分钟，脱模即得轴承保持架坯料；
(4)在烧结炉内烧结，升温速度为2℃/min，升温至327℃，保持50分钟，再升温至370℃，保持50分钟，之后自然冷却至室温，取出；
(5)按照设计尺寸加工成轴承保持架成品。
对实施例1、实施例2、实施例3制得的轴承保持架的性能进行了测试。
摩擦性能测试结果见表1，实施例1、2、3的轴承保持架在试验过程中均未有振动。机械性能测试结果见表2。
利用本发明方法制造的轴承保持架在某重点项目转子电机用无磁轴承上已经试验成功，此电机转速为7200转/分，陀螺电机马达轴承停惯时间不低于50秒，调试主机时需要工作5分钟，停10分钟，这是一次周期，共循环300次，同时兼顾高温55℃和低温-196℃高、低温的性能要求，陀螺电机马达轴承运转工作时间不小于100小时。本发明的轴承保持架完全满足了主机的高、低温性能要求及无磁等其它各项性能指标，并大幅度地提高了轴承组装电机合格率，由15％提高到70％。
表1摩擦性能测试结果
Figure G200910308677020091022D000041
表2机械性能测试结果
Figure G200910308677020091022D000051

Claims (5)

1.一种轴承保持架材料，其特征在于，由以下重量百分含量的组分制备而成：
二硫化钼        2％～5％；
聚酰亚胺        8％～12％；
聚苯酯          9％～15％；
余量为聚四氟乙烯；
所述的聚酰亚胺的比浓对数粘度为115ml/g～150ml/g，表观密度为0.35g/cm3～0.45g/cm3。
2.一种权利要求1所述的轴承保持架材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)按重量百分含量准确称取二硫化钼、聚酰亚胺、聚苯酯和聚四氟乙烯，混合，研磨；
(2)装入模具的模腔内，然后合上模具；
(3)在模具外套处加垫垫片，给模具加压至20～40MPa，保持3～5分钟，去除垫片，再给模具加压至50～70MPa，保持3～5分钟，脱模即得轴承保持架坯料；
(4)烧结，升温速度为2～4℃/min，升至320～335℃，保持40～60分钟，再升至365～375℃，保持40～60分钟，之后自然冷却至室温，取出；
(5)加工成轴承保持架成品。
3.根据权利要求2所述的轴承保持架材料的制备方法，其特征在于，二硫化钼的粒径为100～150目、聚酰亚胺的粒径为100～300目、聚苯酯的粒径为100～300目、聚四氟乙烯的粒径为100～150目。
4.根据权利要求2所述的轴承保持架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，混合在混合机中进行，混合机的搅拌转速为10000～12000r/min。
5.根据权利要求2所述的轴承保持架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中模具的材料为轴承钢。
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