CN102417681B - 一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法 - Google Patents

Abstract

一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法，该复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯，将芳纶浆粕纤维进行回流清洗，将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺放在真空干燥箱内进行真空干燥，对干燥后的热固性聚酰亚胺进行1000目筛分以去除筛上物，后经高速混合机的混料形成复合高分子材料，将研磨的复合高分子材料装入保持架模具中经加压预成型脱模后即得到保持架管状坯料，再放之烧结炉中烧结成轴承保持架坯料。复合高分子材料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、优良的耐摩擦磨损性能及抗压性，密度小质轻有利于减轻保持架自身重量，提高轴承高速运转的稳定性。

Description

一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法

技术领域

本发明属于复合高分子材料技术领域，尤其涉及到一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法，该复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯。

背景技术

复合高分子材料用于制作轴承保持架已较为普遍。复合高分子材料的名类较多，如玻璃纤维磨碎粉改性聚四氟乙烯材料等。

玻璃纤维磨碎粉改性聚四氟乙烯材料是由玻璃纤维及二硫化钼改性聚四氟乙烯材料，该材料对玻璃纤维进行120℃干燥预处理并去除水分，再经混料过程、填料过程、加压预成型、烧结过程最终形成玻璃纤维磨碎粉改性聚四氟乙烯材料。由玻璃纤维磨碎粉改性聚四氟乙烯材料制作的保持架可用在低速轻载的超低温轴承中，并取得了良好效果。

随着轴承转速及负荷的不断提高，对轴承精度及可靠性的要求也越来越高。对于dn值大于200万、高转速（60000rpm）、超低温(-253℃）及重载轴承工况条件下，采用玻璃纤维改性聚四氟乙烯材料制作的保持架则表现出噪音大，摩擦力矩、摩损量及保持架尺寸变形量较大的特点，玻璃纤维颗粒对金属对摩面的磨蚀作用导致轴承使用寿命低，更无法达到主机规定的使用寿命。

上述dn表示轴承工况的高速性，其中d指轴承的内径，n指轴承的转速，dn值是指轴承内径与轴承转速的乘积。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法，该复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯，该复合高分子材料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、优良的耐摩擦磨损性能及抗压性，密度小质轻有利于减轻保持架自身重量，提高轴承在高速运转过程中的稳定性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法，该复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯，将芳纶浆粕纤维进行回流清洗，将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺放在真空干燥箱内进行真空干燥，对干燥后的热固性聚酰亚胺进行1000目筛分以去除筛上物，后经高速混合机的混料形成复合高分子材料，将研磨的复合高分子材料装入保持架模具中并经加压预成型烧结制作成轴承保持架坯料，所述保持架模具由外套、芯子、冲头和底座四部分组成，其中外套、芯子和底座构成保持架模腔；本发明的特征是：

①依次用丙酮、甲苯、去离子水这三种试剂对芳纶浆粕纤维进行回流清洗，每种试剂回流清洗的时间分别控制在2小时；

②将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺分别放在真空干燥箱内放置2小时进行真空干燥，以去除芳纶浆粕纤维或是热固性聚酰亚胺中的水分，真空干燥箱的真空度控制在－0.1MPa，真空干燥箱的温度控制在70℃；

③按重量百分比各取②中得到的芳纶浆粕纤维10～15%、②中得到的并经1000目筛分的热固性聚酰亚胺3～5%、聚四氟乙烯82～85%放在高速混合机中进行3～5次的混料形成复合高分子材料，每次混料的时间控制在10～20秒，每次混料时高速混合机的转速控制在10000～12000r/min，形成的所述复合高分子材料在三维球磨机内研磨20～30分钟得到研磨的复合高分子材料；

④保持架模具应根据成品轴承保持架的内径和外径以及高度尺寸而定，即保持架模具中外套的内径尺寸是在成品轴承保持架外径尺寸的基础上至少增大3mm以上，保持架模具中芯子的外径尺寸是在成品轴承保持架内径尺寸的基础上至少缩小3mm以上，保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品轴承保持架高度尺寸的基础上至少增大4倍以上，保持架模具中冲头的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配，保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配；将③中得到研磨的复合高分子材料装满在保持架模腔内，然后压上冲头，外套与底座的结合处先设置垫片，将保持架模具放在压力机中，压力机对保持架模具内研磨的复合高分子材料进行初加压，所述初加压时压力机的压力控制在15～20Mpa并保压15秒钟，然后抬起压力机并抽去所述垫片，再通过压力机对保持架模具内研磨的复合高分子材料进行终加压，所述终加压时压力机的压力控制在55～65Mpa并保压5～10分钟，加压预成型脱模后即得到保持架管状坯料；

⑤将所述保持架管状坯料放在烧结炉内烧结，烧结炉的升温速度控制在60～100℃/h，当烧结炉内升温至320～330℃时保温60分钟，然后继续以20～30℃/h的升温速度升温至365～375℃时保温480～600分钟，之后自然冷却至室温，取出即得到由复合高分子材料制作的轴承保持架坯料，即由芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯材料制作的轴承保持架坯料。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯，该复合高分子材料既保留了聚四氟乙烯的润滑性能，同时又改善了聚四氟乙烯的蠕变性、承载性及耐磨性。

2、本发明的复合高分子材料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、优良的耐摩擦磨损性能及抗压性，密度小质轻有利于减轻保持架自身重量，提高轴承在高速运转过程中的稳定性。

3、本发明的复合高分子材料轴承保持架材料，其使用温度范围宽，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。

4、由复合高分子材料制作的轴承保持架坯料，其抗压强度是玻璃纤维磨碎粉改性聚四氟乙烯材料的3倍，耐磨性提高了一个数量级。

5、由复合高分子材料制作的轴承保持架坯料，是轴承的固体润滑材料载体，通过轴承内部运转对磨，可以向内、外滚道及钢球表面转移形成润滑膜，使轴承本身形成一个运动-润滑的独立完整体系。

具体实施方式

本发明是一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法，该复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯，将芳纶浆粕纤维进行回流清洗，将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺放在真空干燥箱内进行真空干燥，对干燥后的热固性聚酰亚胺进行1000目筛分以去除筛上物，后经高速混合机的混料形成复合高分子材料，将研磨的复合高分子材料装入保持架模具中并经加压预成型烧结制作成轴承保持架坯料。

依次用丙酮、甲苯、去离子水这三种试剂对芳纶浆粕纤维进行回流清洗，每种试剂回流清洗的时间分别控制在2小时。所谓回流清洗就是不间断使用各试剂对芳纶浆粕纤维进行清洗，各试剂通过循环装置实现回流过程。

将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺分别放在真空干燥箱内放置2小时进行真空干燥，以去除芳纶浆粕纤维或是热固性聚酰亚胺中的水分，真空干燥箱的真空度控制在－0.1MPa，真空干燥箱的温度控制在70℃。

上述两过程实际上是一个材料的预处理过程。

按重量百分比各取上述中得到的芳纶浆粕纤维10～15%、上述中得到的并经1000目筛分的热固性聚酰亚胺3～5%、聚四氟乙烯82～85%放在高速混合机中进行3～5次的混料形成复合高分子材料，每次混料的时间控制在10～20秒，每次混料时高速混合机的转速控制在10000～12000r/min，形成的所述复合高分子材料在三维球磨机内研磨20～30分钟得到研磨的复合高分子材料。该复合高分子材料既保留了聚四氟乙烯的润滑性能，同时又改善了聚四氟乙烯的蠕变性、承载性及耐磨性，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、优良的耐摩擦磨损性能及抗压性，密度小质轻有利于减轻保持架自身重量，提高轴承在高速运转过程中的稳定性。

本发明与玻璃纤维增强聚四氟乙烯复合材料相比，具有较高的抗压强度，这就提高了轴承的承载能力和耐磨损性能，两种材料的性能对比见下表。

 本发明的复合高分子材料按重量百分比常用配比如下：

若芳纶浆粕纤维取15%，则热固性聚酰亚胺取3%、聚四氟乙烯取82%。

若芳纶浆粕纤维取10%，则热固性聚酰亚胺取5%、聚四氟乙烯取85%。

若芳纶浆粕纤维取12.5%，则热固性聚酰亚胺取4%、聚四氟乙烯取83.5%。

上述常用配比不胜枚举，而制作轴承保持架坯料的方法则大同小异。

上述保持架模具由外套、芯子、冲头和底座四部分组成，其中外套、芯子和底座构成保持架模腔。保持架模具的构造和形状是本领域公知的常规技术，不再赘述。保持架模具应根据成品轴承保持架的内径和外径以及高度尺寸而定，其中高度尺寸也就是指成品轴承保持架的宽度尺寸，即保持架模具中外套的内径尺寸是在成品轴承保持架外径尺寸的基础上至少增大3mm以上，保持架模具中芯子的外径尺寸是在成品轴承保持架内径尺寸的基础上至少缩小3mm以上，保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品轴承保持架高度尺寸的基础上至少增大4倍以上，保持架模具中冲头的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配，保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配；将③中得到研磨的复合高分子材料装满在保持架模腔内，然后压上冲头，外套与底座的结合处先设置垫片，将保持架模具放在压力机中，压力机对保持架模具内研磨的复合高分子材料进行初加压，所述初加压时压力机的压力控制在15～20Mpa并保压15秒钟，然后抬起压力机并抽去所述垫片，再通过压力机对保持架模具内研磨的复合高分子材料进行终加压，所述终加压时压力机的压力控制在55～65Mpa并保压5～10分钟，加压预成型脱模后即得到保持架管状坯料。

将所述保持架管状坯料放在烧结炉内烧结，烧结炉的升温速度控制在60～100℃/h，当烧结炉内升温至320～330℃时保温60分钟，然后继续以20～30℃/h的升温速度升温至365～375℃时保温480～600分钟，之后自然冷却至室温，取出即得到由复合高分子材料制作的轴承保持架坯料，即由芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯材料制作的轴承保持架坯料。轴承保持架坯料再精制成保持架即可。

通过上表还可以看出：由复合高分子材料制作的轴承保持架坯料，其抗压强度是玻璃纤维磨碎粉改性聚四氟乙烯材料的3倍，耐磨性提高了一个数量级，可以向内、外滚道及钢球表面转移形成润滑膜，使轴承本身形成一个运动-润滑的独立完整体系。

Claims (1)

1.一种由复合高分子材料制作轴承保持架坯料的方法，该复合高分子材料包括芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯，将芳纶浆粕纤维进行回流清洗，将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺放在真空干燥箱内进行真空干燥，对干燥后的热固性聚酰亚胺进行1000目筛分以去除筛上物，后经高速混合机的混料形成复合高分子材料，将研磨的复合高分子材料装入保持架模具中并经加压预成型烧结制作成轴承保持架坯料，所述保持架模具由外套、芯子、冲头和底座四部分组成，其中外套、芯子和底座构成保持架模腔；其特征是：

①依次用丙酮、甲苯、去离子水这三种试剂对芳纶浆粕纤维进行回流清洗，每种试剂回流清洗的时间分别控制在2小时；

②将清洗后的芳纶浆粕纤维以及热固性聚酰亚胺分别放在真空干燥箱内放置2小时进行真空干燥，以去除芳纶浆粕纤维或是热固性聚酰亚胺中的水分，真空干燥箱的真空度控制在－0.1MPa，真空干燥箱的温度控制在70℃；

③按重量百分比各取②中得到的芳纶浆粕纤维10～15%、②中得到的并经1000目筛分的热固性聚酰亚胺3～5%、聚四氟乙烯82～85%放在高速混合机中进行3～5次的混料形成复合高分子材料，每次混料的时间控制在10～20秒，每次混料时高速混合机的转速控制在10000～12000r/min，形成的所述复合高分子材料在三维球磨机内研磨20～30分钟得到研磨的复合高分子材料；

④保持架模具应根据成品轴承保持架的内径和外径以及高度尺寸而定，即保持架模具中外套的内径尺寸是在成品轴承保持架外径尺寸的基础上至少增大3mm，保持架模具中芯子的外径尺寸是在成品轴承保持架内径尺寸的基础上至少缩小3mm，保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品轴承保持架高度尺寸的基础上至少增大4倍，保持架模具中冲头的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配，保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配；将③中得到研磨的复合高分子材料装满在保持架模腔内，然后压上冲头，外套与底座的结合处先设置垫片，将保持架模具放在压力机中，压力机对保持架模具内研磨的复合高分子材料进行初加压，所述初加压时压力机的压力控制在15～20 MPa并保压15秒钟，然后抬起压力机并抽去所述垫片，再通过压力机对保持架模具内研磨的复合高分子材料进行终加压，所述终加压时压力机的压力控制在55～65 MPa并保压5～10分钟，加压预成型脱模后即得到保持架管状坯料；

⑤将所述保持架管状坯料放在烧结炉内烧结，烧结炉的升温速度控制在60～100℃/h，当烧结炉内升温至320～330℃时保温60分钟，然后继续以20～30℃/h的升温速度升温至365～375℃时保温480～600分钟，之后自然冷却至室温，取出即得到由复合高分子材料制作的轴承保持架坯料，即由芳纶浆粕纤维、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯材料制作的轴承保持架坯料。