CN103305001B - 一种酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，保持架管坯材料由重量百分比为75%~85%酮酐型聚酰亚胺模塑粉、8%~15%碳纤维以及5%~12%的聚四氟乙烯三种组分制备而成；其制备方法包括干燥处理、配比工序、退火工艺处理等步骤。本发明制作出的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯具有质轻、抗拉强度高、耐高温以及摩擦学性能优异的特点；本发明酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯包含酮酐型聚酰亚胺、碳纤维和聚四氟乙烯，该保持架材料既保留了酮酐型聚酰亚胺耐高温、抗拉强度高及高温强度保持率高的优点，同时又改善了聚酰亚胺的摩擦学性能。
Description
技术领域
本发明涉及保持架技术领域，尤其是一种酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法。
背景技术
目前，制作轴承保持架的聚酰亚胺主要为醚酐型聚酰亚胺，其玻璃化转变温度一般不超过260℃，因此，不能满足高温（大于260℃）轴承的需求。酮酐型聚酰亚胺具有优异的力学和摩擦学性能，兼具较高的玻璃化转变温度（大于330℃），长期工作温度不小于280℃，且价格远低于耐高温均苯型聚酰亚胺，因此在高温领域具有明显的价格优势.
但由于酮酐型聚酰亚胺分子链中无醚键、硫醚键，分子链刚性远大于醚酐型聚酰亚胺，难溶难熔，成型加工性较差，目前仅广泛用作耐高温粘结剂，国内尚无耐高温的酮酐型聚酰亚胺保持架管坯的报道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，该方法以酮酐型聚酰亚胺模塑粉为基材，并添加有碳纤维及润滑改性材料聚四氟乙烯，将酮酐型聚酰亚胺混合料通过保持架模具在程控式热压机上热压得到酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯，最后酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯进行退火处理。制作的保持架管坯具有质轻、抗拉强度高、耐高温以及摩擦学性能优异等特点。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，保持架管坯材料由重量百分比为75%~85%酮酐型聚酰亚胺模塑粉、8%~15%碳纤维以及5%~12%的聚四氟乙烯三种组分制备而成；其制备方法包括以下步骤：
1）干燥处理：将酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维分别放在干燥箱中干燥处理；
2）配比工序：按重量百分比分别取步骤1）的酮酐型聚酰亚胺模塑粉、碳纤维以及聚四氟乙烯，然后一同放入机械搅拌机内搅拌，配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料；
3）将步骤2）中的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充到保持架模具内，再将保持架模具置于程控式热压机上，热压成型酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯；
4）退火工艺处理：将步骤3）中的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯置于烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在50~70℃/h，当烧结炉内升温至160℃时保温2h，然后继续以12~20℃/h的升温速度升温至280℃时保温8~12h，之后以30~40℃/h的速度冷却至50℃，最后自然冷却至室温。
本发明所述的酮酐型聚酰亚胺模塑粉和碳纤维的粒径为200目。
本发明所述的干燥处理温度为200℃，干燥时间3h后取出冷却至室温。
本发明所述的配比工序中的搅拌次数为3～5次，每次搅拌的时间控制在20～30秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000～12000转/分钟。
本发明所述的保持架模具由外套、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3倍以上；保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配。
本发明所述的程控式热压机的压力控制在300~600kg/cm2，压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具加热，60分钟后加热到360℃，加热期间压力控制在300~600kg/cm2；当温度达到360℃时程控式热压机的压力加大到800~1300kg/cm2并保温40~90分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40~90分钟后继续保压20分钟，期间通入压缩空气降温至240℃；最后，压力在10分钟内降至零，期间温度控制在240℃；待保持架模具的温度低于200℃时进行脱模。
本发明的有益效果是：
1、本发明制作出的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯具有具有质轻、抗拉强度高、耐高温以及摩擦学性能优异的特点；
2、本发明酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯包含酮酐型聚酰亚胺、碳纤维和聚四氟乙烯，该保持架材料既保留了酮酐型聚酰亚胺耐高温、抗拉强度高及高温强度保持率高的优点，同时又改善了聚酰亚胺的摩擦学性能；
3、本发明酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯具有耐高温、抗拉强度高、高温强度保持率高、质轻、低摩擦、耐磨损等特性，具备了替代金属用于高温高速轴承保持架领域的性能；
4、本发明酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的长期使用温度不低于280℃、抗拉强度75MPa、260℃抗拉强度保持率不低于40%、耐磨自润滑，具有高可靠性。
具体实施方式
下面对本发明进一步描述，本发明并不局限于以下实施例：
实施例1：
本发明的方法共含五步：
第一步酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维的干燥处理；
第二步按重量百分比进行配比并配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料；
第三步保持架模具的尺寸构成；
第四步酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的热压成型；
第五步酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯退火处理。
上述第二步以酮酐型聚酰亚胺模塑粉为基材并添加有碳纤维及润滑改性材料聚四氟乙烯且配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料；
上述第三步保持架模具包含外套、芯子、冲头和底座，设定保持架的内径为d=28.2mm、外径为D=35.6mm、高度为H=6.6mm；
上述第四步和第五步分别涉及到程控式热压机和烧结炉。
上述酮酐型聚酰亚胺模塑粉、碳纤维以及聚四氟乙烯可在市场上购得。
本发明的五步分述如下：
第一步酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维干燥处理
将酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维分别放在干燥箱中干燥处理，干燥箱的温度控制在200℃，干燥3小时后取出冷却至室温，后分别过200目筛并独立密封保存备用；
第二步按重量百分比进行配比并配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，其酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯材料的重量百分比配比为：酮酐型聚酰亚胺模塑粉80%、碳纤维15%、聚四氟乙烯5%；（此常用配比不胜枚举，而制作轴承保持架坯料的方法则大同小异。）配比后将上述重量百分比原材料一同放入机械搅拌机内搅拌3次，每次搅拌的时间控制在20秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000转/分钟，搅拌配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，使用二十倍显微镜观察酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的色差，无明显色差的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料即为合格产品并密封保存备用。
上述酮酐型聚酰亚胺模塑粉呈淡黄色粉状，碳纤维呈黑色粉状，聚四氟乙烯呈白色粉状，经一同搅拌3次后得到的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料呈灰色，使用二十倍显微镜观察酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料时，若颜色均为灰色即称为无明显色差，这种色差是肉眼不能观察到的。
第三步保持架模具的尺寸构成
在所述保持架模具中：所述外套的内径=所述D+3mm=38.6mm，所述芯子的外径=所述d-3mm=25.2mm，所述外套高度=所述芯子高度≥3H=19.8mm，所述冲头的外径与所述外套的内径相匹配，所述冲头的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的外径与外所述套的内径相匹配。
第四步酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的热压成型
将所述酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充在到所述保持架模具内，将装有酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的保持架模具置于程控式热压机之上，程控式热压机的压力控制在500kg/cm2，程控式热压机压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具实施加热，60分钟后加热到360℃，加热期间压力控制在500kg/cm2；当温度达到360℃时程控式热压机的压力加大到1000kg/cm2并保温40分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40分钟后继续保压20分钟，期间通入压缩空气降温至240℃；最后，压力在10分钟内降至零，期间温度控制在240℃。待所述填充后保持架模具的温度低于200℃时进行脱模即制作出酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯。
第五步酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯退火处理
将上述得到的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯置于烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在50℃/h，当烧结炉内升温至160℃时保温2h，然后继续以12℃/h的升温速度升温至280℃时保温8h，之后以30℃/h的速度冷却至50℃，最后自然冷却至室温。
酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯是在高温高压下压制烧结而成，内部残存较大应力，采取退火处理可减少内部残存应力，提高复合材料的抗拉强度以及更宽温度范围内的尺寸稳定性。
下表是本实施例制作的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的性能
通过上表可以分析出：
1、本发明制作的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯，具有密度小、抗拉强度高、耐高温、硬度大以及耐磨自润滑的特点。
2、酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯热变形温度高于310℃，抗拉强度及高温保持率高，表明该材料可用于高温轴承领域。
实施例2：
保持架模具包含外套、芯子、冲头和底座，设定保持架的内径为d=28.2mm、外径为D=35.6mm、高度为H=6.6mm；
第一步酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维干燥处理
将酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维分别放在干燥箱中干燥处理，干燥箱的温度控制在200℃，干燥3小时后取出冷却至室温，后分别过200目筛并独立密封保存备用；
第二步按重量百分比进行配比并配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，其酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯材料的重量百分比配比为：酮酐型聚酰亚胺模塑粉75%、碳纤维13%、聚四氟乙烯12%配比后将上述重量百分比原材料一同放入机械搅拌机内搅拌3～5次，每次搅拌的时间控制在25秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在11000转/分钟，搅拌配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，使用二十倍显微镜观察酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的色差，无明显色差的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料即为合格产品并密封保存备用。
上述酮酐型聚酰亚胺模塑粉呈淡黄色粉状，碳纤维呈黑色粉状，聚四氟乙烯呈白色粉状，经一同搅拌4次后得到的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料呈灰色，使用二十倍显微镜观察酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料时，若颜色均为灰色即称为无明显色差，这种色差是肉眼不能观察到的。
第三步保持架模具的尺寸构成
在所述保持架模具中：所述外套的内径=所述D+3mm=38.6mm，所述芯子的外径=所述d-3mm=25.2mm，所述外套高度=所述芯子高度≥3H=19.8mm，所述冲头的外径与所述外套的内径相匹配，所述冲头的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的外径与外所述套的内径相匹配。
第四步酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的热压成型
将所述酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充在到所述保持架模具内，将装有酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的保持架模具置于程控式热压机之上，程控式热压机的压力控制在300kg/cm2，程控式热压机压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具实施加热，60分钟后加热到360℃，加热期间压力控制在300kg/cm2；当温度达到360℃时程控式热压机的压力加大到800kg/cm2并保温40分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40分钟后继续保压20分钟，期间通入压缩空气降温至240℃；最后，压力在10分钟内降至零，期间温度控制在240℃。待所述填充后保持架模具的温度低于200℃时进行脱模即制作出酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯。
第五步酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯退火处理
将上述得到的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯置于烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在60℃/h，当烧结炉内升温至160℃时保温2h，然后继续以15℃/h的升温速度升温至280℃时保温10h，之后以35℃/h的速度冷却至50℃，最后自然冷却至室温。
酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯是在高温高压下压制烧结而成，内部残存较大应力，采取退火处理可减少内部残存应力，提高复合材料的抗拉强度以及更宽温度范围内的尺寸稳定性。
下表是本实施例制作的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的性能
实施例3：
保持架模具包含外套、芯子、冲头和底座，设定保持架的内径为d=28.2mm、外径为D=35.6mm、高度为H=6.6mm；
第一步酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维干燥处理
将酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维分别放在干燥箱中干燥处理，干燥箱的温度控制在200℃，干燥3小时后取出冷却至室温，后分别过200目筛并独立密封保存备用；
第二步按重量百分比进行配比并配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，其酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯材料的重量百分比配比为：酮酐型聚酰亚胺模塑粉85%、碳纤维8%、聚四氟乙烯7%；配比后将上述重量百分比原材料一同放入机械搅拌机内搅拌5次，每次搅拌的时间控制在30秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在12000转/分钟，搅拌配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，使用二十倍显微镜观察酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的色差，无明显色差的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料即为合格产品并密封保存备用。
上述酮酐型聚酰亚胺模塑粉呈淡黄色粉状，碳纤维呈黑色粉状，聚四氟乙烯呈白色粉状，经一同搅拌5次后得到的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料呈灰色，使用二十倍显微镜观察酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料时，若颜色均为灰色即称为无明显色差，这种色差是肉眼不能观察到的。
第三步保持架模具的尺寸构成
在所述保持架模具中：所述外套的内径=所述D+3mm=38.6mm，所述芯子的外径=所述d-3mm=25.2mm，所述外套高度=所述芯子高度≥3H=19.8mm，所述冲头的外径与所述外套的内径相匹配，所述冲头的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的外径与外所述套的内径相匹配。
第四步酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的热压成型
将所述酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充在到所述保持架模具内，将装有酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料的保持架模具置于程控式热压机之上，程控式热压机的压力控制在600kg/cm2，程控式热压机压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具实施加热，60分钟后加热到360℃，加热期间压力控制在600kg/cm2；当温度达到360℃时程控式热压机的压力加大到1300kg/cm2并保温40分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40分钟后继续保压20分钟，期间通入压缩空气降温至240℃；最后，压力在10分钟内降至零，期间温度控制在240℃。待所述填充后保持架模具的温度低于200℃时进行脱模即制作出酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯。
第五步酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯退火处理
将上述得到的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯置于烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在70℃/h，当烧结炉内升温至160℃时保温2h，然后继续以20℃/h的升温速度升温至280℃时保温12h，之后以40℃/h的速度冷却至50℃，最后自然冷却至室温。
酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯是在高温高压下压制烧结而成，内部残存较大应力，采取退火处理可减少内部残存应力，提高复合材料的抗拉强度以及更宽温度范围内的尺寸稳定性。
下表是本实施例制作的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的性能
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在保护一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (4)
1.一种酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，其特征是：保持架管坯材料由重量百分比为75%~85%酮酐型聚酰亚胺模塑粉、8%~15%碳纤维以及5%~12%的聚四氟乙烯三种组分制备而成；其制备方法包括以下步骤：
1）干燥处理：将酮酐型聚酰亚胺模塑粉以及碳纤维分别放在干燥箱中干燥处理；
2）配比工序：按重量百分比分别取步骤1）的酮酐型聚酰亚胺模塑粉、碳纤维以及聚四氟乙烯，然后一同放入机械搅拌机内搅拌，配制出酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料；
3）将步骤2）中的酮酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充到保持架模具内，再将保持架模具置于程控式热压机上，程控式热压机的压力控制在300~600kg/cm2，压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具加热，60分钟后加热到360℃，加热期间压力控制在300~600kg/cm2；当温度达到360℃时程控式热压机的压力加大到800~1300kg/cm2并保温40~90分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40~90分钟后继续保压20分钟，期间通入压缩空气降温至240℃；最后，压力在10分钟内降至零，期间温度控制在240℃；待保持架模具的温度低于200℃时，脱模得到酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯；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；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3倍以上；保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配；
4）退火工艺处理：将步骤3）中的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯置于烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在50~70℃/h，当烧结炉内升温至160℃时保温2h，然后继续以12~20℃/h的升温速度升温至280℃时保温8~12h，之后以30~40℃/h的速度冷却至50℃，最后自然冷却至室温。
2.如权利要求1所述的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，其特征是：所述酮酐型聚酰亚胺模塑粉和碳纤维的粒径为200目。
3.如权利要求1所述的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，其特征是：所述干燥处理温度为200℃，干燥时间3h后取出冷却至室温。
4.如权利要求1所述的酮酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的制作方法，其特征是：所述配比工序中的搅拌次数为3～5次，每次搅拌的时间控制在20～30秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000～12000转/分钟。
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