CN103507193B - 多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺，该方法共含八步，第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理，第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料，第三步保持架模具的尺寸构成，第四步对多孔聚酰亚胺复合材料进行筛分以去除未混匀的小颗粒或杂质，第五步将多孔聚酰亚胺复合材料装填入模具内，第六步装好料的模具放入恒温干燥箱内保温20~40分钟，第七步取出后对其进行限位加压，第八步脱模后放入程控式烧结炉内烧结成型。本发明的工艺能够避免自由烧结过程中成型压力小产品质地疏松，拉伸强度低，孔径及孔隙率大，以及成型压力大时产品易出现应力开裂且管坯之间的材料性能一致性差等现象。
Description
技术领域
本发明属于保持架技术领域，尤其涉及一种多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺。
背景技术
多孔聚酰亚胺复合保持架管坯是以聚酰亚胺为基材，添加15%聚四氟乙烯固体润滑剂经高速搅拌充分混合后，压制烧结成型后熔结成一体，颗粒之间的孔隙使其内部具有相互贯通的多孔材料。将润滑油在真空条件下浸入到微孔中，微孔成为润滑油相互流通的通道。实现润滑油在轴承内的微循环，当转速、负荷、温度及润滑油特性等外界条件一定时，通过运转建立一种动态平衡。多孔聚酰亚胺复合保持架管坯具有良好的机械性能、耐辐射、内部具有相互贯通的微孔，经过真空加热浸油过程使其内部微孔含有滑润油从而大幅降低材料的摩擦系数，具有类似于油润滑等级的极低摩擦系数，减少磨损量提高材料的耐磨性，且在运行过程中不需要补充润滑油。它被广泛地应用在高精度高灵敏长寿命等一次性稀油润滑轴承保持架领域。该保持架的功效除了在轴承旋转时使滚珠相互分离外，还以多孔形式作为润滑油载体，使轴承形成自供油的循环系统。
应用普通的常温压制脱模热烧工艺即自由烧结，成型压力小产品质地疏松，拉伸强度低，孔径及孔隙率大；成型压力大产品易出现应力开裂且管坯之间的材料性能一致性差等现象。应用另一种在模具内压制后不脱模放置烧结炉内进行365~380℃烧结即定容烧结，则能耗高、高低温交替易损耗模具，为提高效率就要大量投入模具。这些因素都限制了自由烧结和定容烧结的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺，即将填好聚酰亚胺复合材料的模具在120±5℃恒温干燥箱内保温20~40分钟后限位加压并进行5~8分钟保压，脱模后将管坯放入程控式烧结炉内烧结成型，最终制得多孔聚酰亚胺复合保持架管状坯料。以聚四氟乙烯的软化温度点120±5℃做为加热预处理工艺中的温度控制点，增大两相材料之间的粘合性，从而降低材料的成型压力，避免在成型压制过程中由于受力过大而引起应力开裂现象。同时控制加压过程中的加压速度，降低对产品所形成的冲击力，避免产品出现开裂现象。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺，该方法共含八步，第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理，第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料，第三步保持架模具的尺寸构成，第四步对多孔聚酰亚胺复合材料进行筛分以去除未混匀的小颗粒或杂质，第五步将多孔聚酰亚胺复合材料装填入模具内，第六步装好料的模具放入120±5℃的恒温干燥箱内保温20~40分钟，第七步取出后对其进行限位加压并保压5~8分钟，第八步脱模后放入程控式烧结炉内烧结成型；所述的第二步以聚酰亚胺为基材并添加聚四氟乙烯配制出多空聚酰亚胺复合材料，第三步中的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、外径为D、高度为H，其具体步骤如下：
第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理
将聚酰亚胺放在真空干燥箱中进行预处理，以去除水分及低分子挥发物，真空干燥箱的真空度控制在-0.08MPa，真空干燥箱的温度控制在200±5℃，真空干燥2小时后关掉电源冷却至室温后取出，密封保存在干燥除湿柜中备用；
第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料
按重量百分比分别称取85%聚酰亚胺和15%聚四氟乙烯，在筛分仪上对聚酰亚胺和聚四氟乙烯分别进行200目和100目过筛，然后一同放入高速搅拌机内搅拌5次，每次搅拌的时间控制在20秒，搅拌机的转速控制在10000~12000转/分钟，在20倍显微镜下观察配制好的多孔聚酰亚胺复合材料，无明显色差即为合格产品并密封保存在干燥除湿柜中备用；
第三步保持架模具尺寸构成
在所述保持架模具中：所述外套的内径≥所述D+5mm，所述芯子的外径≤所述d－3mm，所述外套高度=所述芯子高度是≥4H，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，所述底座的外径与所述外套的内径相匹配；
第四步多孔聚酰亚胺复合材料的筛分
对第三步中高速搅拌后的多孔聚酰亚胺复合材料在筛分仪上进行100目过筛，以去除未混匀的小颗粒或杂质；
第五步装填模具
采用电子天平准确称取第四步中筛分出的多孔聚酰亚胺复合材料的质量并装填入保持架模具内；
第六步预加热处理
将第五步中装好多孔聚酰亚胺复合材料的保持架模具放入120±5℃的干燥箱内保温20~40分钟；
第七步限位压制
将保持架模具从干燥箱内取出后放置于实验室用压机中对其进行限位加压，并保压5~8分钟，所述实验室用压力机的压力控制在400~600kg/cm2，所述的限位加压是指在压制过程中用芯子来控制管坯的高度；
第八步烧结成型
将压制后的装填有多孔聚酰亚胺复合材料的保持架模具进行脱模而制得保持架管坯，然后将保持架管坯放入程控式烧结炉中进行烧结，根据保持架管坯的内、外径尺寸及壁厚大小制定烧结工艺，按照烧结工艺烧结成型，当炉温降为室温后，取出保持架管坯。
由于采用如上所述技术方案，本发明可产生如下积极效果：
1、本发明的工艺能够避免自由烧结过程中成型压力小产品质地疏松，拉伸强度低，孔径及孔隙率大，以及成型压力大时产品易出现应力开裂且管坯之间的材料性能一致性差等现象；
2、采用本发明的工艺可同时在程控式烧结炉中放入50件以上保持架管坯烧结成型，生产效率会大幅提高且不损耗模具；
3、本发明制作出的保持架管坯具有质轻、抗拉强度高、摩擦系数小以及耐磨等特点，尤其是采用限位加压可使保持架管坯材料性能的批次稳定性得到大幅提高，如孔性能、机械性能及摩擦性能。
具体实施方式
本发明是一种多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺，，该工艺以聚酰亚胺为基材，并添加聚四氟乙烯固体润滑剂经预加热限位压制烧结制作出保持架管状坯料，方法简单实用，模具损耗减小，能有效地解决自由烧结过程中成型压力小产品质地疏松，拉伸强度低，孔径及孔隙率大；成型压力大时产品易出现应力开裂且管坯之间的材料性能一致性差等现象。采取本发明制备的管坯材料性能的批次稳定性可大幅提高，如含油率、孔隙率、孔径、密度、机械性能及摩擦性能，生产效率及质量得到保障；另外，采用本发明的工艺制作的多孔聚酰亚胺保持架管坯具有质轻、抗拉强度高、表面光洁度优、车加工性能好、摩擦系数小以及耐磨损等特点。
本发明的工艺共含八步：
第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理；
第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料；
第三步保持架模具尺寸构成；
第四步多孔聚酰亚胺复合材料的筛分；
第五步装填模具；
第六步预加热处理；
第七步限位压制；
第八步烧结成型。
所述的第二步以聚酰亚胺为基材并添加聚四氟乙烯配制出多空聚酰亚胺复合材料；
所述的第三步中的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=30mm、外径为D=36mm、高度为H=10mm，其具体步骤如下：
本发明的所有步骤详述如下：
第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理
将聚酰亚胺放在真空干燥箱中进行预处理，以去除水分及低分子挥发物，真空干燥箱的真空度控制在-0.08MPa，真空干燥箱的温度控制在200±5℃，真空干燥2小时后关掉电源冷却至室温后取出，密封保存在干燥除湿柜中备用；
第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料
按重量百分比分别称取85%聚酰亚胺和15%聚四氟乙烯，在筛分仪上对聚酰亚胺和聚四氟乙烯分别进行200目和100目过筛，然后一同放入高速搅拌机内搅拌5次，每次搅拌的时间控制在20秒，搅拌机的转速控制在10000~12000转/分钟，在20倍显微镜下观察配制好的多孔聚酰亚胺复合材料，无明显色差即为合格产品并密封保存在干燥除湿柜中备用；
第三步模具尺寸构成
在所述保持架模具中：所述外套的内径≥所述D+5mm=41mm，所述芯子的外径≤所述d-3mm=27mm，所述外套最小高度=所述芯子最小高度≥4H=40mm，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；
第四步多孔聚酰亚胺复合材料的筛分
对第三步中高速搅拌后的多孔聚酰亚胺复合材料在筛分仪上进行100目过筛，以去除未混匀的小颗粒或杂质；
第五步装填模具
采用电子天平准确称取第四步中筛分出的多孔聚酰亚胺复合材料的质量并装填入保持架模具内；
第六步预加热处理
将第五步中装好多孔聚酰亚胺复合材料的保持架模具放入120±5℃的干燥箱内保温20~40分钟；
第七步限位压制
将保持架模具从干燥箱内取出后放置于实验室用压机中对其进行限位加压，并保压5~8分钟，所述实验室用压力机的压力控制在400~600kg/cm2，所述的限位加压是指在压制过程中用芯子来控制保持架管坯的高度，芯子的高度由用户所需的管坯高度决定；
第八步烧结成型
将压制后的装填有多孔聚酰亚胺复合材料的保持架模具进行脱模而制得保持架管坯，然后将保持架管坯放入程控式烧结炉中进行烧结，根据保持架管坯的内、外径尺寸及壁厚大小制定烧结工艺，按照烧结工艺烧结成型，当炉温降为室温后，取出保持架管坯。
下表是第六~七步的工艺参数
| D≥100mm | 50mm≤D＜100mm | D＜50mm | |
| 保温时间/ min | 35~40 | 30~35 | 20~30 |
| 压力/kg.cm-2 | 400~500 | 400~500 | 500~600 |
| 保压时间/ min | 6~8 | 5~6 | 5 |
下表是本发明与自由烧结、定容烧结工艺产品性能对比
通过上表可分析出：
1、采用本发明制备的多孔聚酰亚胺复合保持架材料密度、孔半径和孔隙率可调范围广；而采用自由烧结工艺因压力过大会产生裂纹，压力过小强度较低，且由该工艺制备的多孔聚酰亚胺复合保持架材料孔径及孔隙率较大；采用定容烧结工艺由于热传递及模具限制，该工艺制备的多孔聚酰亚胺复合保持架材料孔径及孔隙率较小，硬度及摩擦系数较大，且能耗高、易损耗模具，效率低。
2、本发明所用的实验室用压机结构简单、实用价廉，在程控式烧结炉中可一次放入多件（≥50）预加热压制成型制品，不需要投入大量模具，模具损耗小。
3、采用本发明预加热限位压制可避免材料内部微裂纹的产生，且程控式烧结炉的能耗会大幅降低，生产效率则大幅提高，因此采用本发明制作出的保持架管坯效率高、成本低。
Claims (1)
1.一种多孔聚酰亚胺复合保持架管坯预加热限位压制工艺，该工艺共含八步，第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理，第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料，第三步保持架模具的尺寸构成，第四步对多孔聚酰亚胺复合材料进行筛分以去除未混匀的小颗粒或杂质，第五步将多孔聚酰亚胺复合材料装填入模具内，第六步装好料的模具放入120±5℃的恒温干燥箱内保温20~40分钟，第七步取出后对其进行限位加压并保压5~8分钟，第八步脱模后放入程控式烧结炉内烧结成型；所述的第二步以聚酰亚胺为基材并添加聚四氟乙烯配制出多孔聚酰亚胺复合材料，第三步中的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、外径为D、高度为H，其特征是：
第一步原材料聚酰亚胺真空干燥预处理
将聚酰亚胺放在真空干燥箱中进行预处理，以去除水分及低分子挥发物，真空干燥箱的真空度控制在-0.08MPa，真空干燥箱的温度控制在200±5℃，真空干燥2小时后关掉电源冷却至室温后取出，密封保存在干燥除湿柜中备用；
第二步按重量百分比进行称重并配制出多孔聚酰亚胺复合材料
按重量百分比分别称取85%聚酰亚胺和15%聚四氟乙烯，在筛分仪上对聚酰亚胺和聚四氟乙烯分别进行200目和100目过筛，然后一同放入高速搅拌机内搅拌5次，每次搅拌的时间控制在20秒，搅拌机的转速控制在10000~12000转/分钟，在20倍显微镜下观察配制好的多孔聚酰亚胺复合材料，无明显色差即为合格产品并密封保存在干燥除湿柜中备用；
第三步保持架模具尺寸构成
在所述保持架模具中：所述外套的内径≥所述D+5mm，所述芯子的外径≤所述d－3mm，所述外套高度=所述芯子高度，外套高度≥4H，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，所述底座的外径与所述外套的内径相匹配；
第四步多孔聚酰亚胺复合材料的筛分
对第三步中高速搅拌后的多孔聚酰亚胺复合材料在筛分仪上进行100目过筛，以去除未混匀的小颗粒或杂质；
第五步装填模具
采用电子天平准确称取第四步中筛分出的多孔聚酰亚胺复合材料的质量并装填入保持架模具内；
第六步预加热处理
将第五步中装好多孔聚酰亚胺复合材料的保持架模具放入120±5℃的干燥箱内保温20~40分钟；
第七步限位压制
将保持架模具从干燥箱内取出后放置于实验室用压机中对其进行限位加压，并保压5~8分钟，所述实验室用压力机的压力控制在400~600kg/cm2，所述的限位加压是指在压制过程中用芯子来控制管坯的高度；
第八步烧结成型
将压制后的装填有多孔聚酰亚胺复合材料的保持架模具进行脱模而制得保持架管坯，然后将保持架管坯放入程控式烧结炉中进行烧结，根据保持架管坯的内、外径尺寸及壁厚大小制定烧结工艺，按照烧结工艺烧结成型，当炉温降为室温后，取出保持架管坯；所述第六步预加热处理的具体工艺为：D≥100mm，保温时间为35～40min；50mm≤D＜100mm，保温时间为30～35min；D＜50mm，保温时间为20～30min；所述第七步限位压制的具体工艺为：D≥100mm，压力为400～500kg/cm2，保压时间为6～8min；50mm≤D＜100mm，压力为400～500kg/cm2，保压时间为5～6min；D≥100mm，压力为500～600kg/cm2，保压时间为5min。
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