CN103665851B - 一种齿轮的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用该复合材料制成齿轮的制造方法。纤维增强聚酰胺复合材料包括聚酰胺基体组分、纤维增强组分、润滑剂、弹性体、抗氧化剂和偶联剂，其中聚酰胺基体组分可将复合材料中的各组分粘结在一起；纤维增强组分可提高复合材料的强度和硬度，改善复合材料的抗冲击能力；润滑剂可提高复合材料的耐磨损性能；弹性体可提高基体聚合物的韧性；抗氧化剂可减少复合材料在加工过程中由于高温造成的分子链断裂；偶联剂是分子“胶水”，可将增强组分和聚酰胺基体组分键接在一起，提高材料的力学性能。本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料的齿轮，力学性能好，热线性膨胀系数小，可在矿下大载荷的工况下使用。

Description

一种齿轮的制造方法
技术领域
本发明涉及齿轮加工领域，更具体而言，涉及一种采用该纤维增强聚酰胺复合材料制成齿轮的制造方法。
背景技术
随着塑料工业的迅速发展，塑料齿轮在很多场合已经取代金属齿轮，并越来越广泛地应用于运动及动力传动的场合。
为了降低金属齿轮工作时的噪音、摩擦力和磨损水平，以及使齿轮具有阻燃、抗静电等性能，常采用复合材料制造高载荷的齿轮。在国内外矿业机械设备中，也有复合材料齿轮的身影，尤其是在手持式气动钻机上，相关技术中披露了一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮，其采用的基本树脂材料是聚甲醛，而聚甲醛的熔点低，虽然通过碳纤维增强可以使其热变形温度提高，但是提高有限，仅仅是应用于小扭矩的手持式气动钻机上，如果用于煤矿下面，在大扭矩的情况下，碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮仍然存在着较大的风险；而在大扭矩手持式气动钻机上使用渗氮金属齿轮，其质量是复合材料齿轮的5倍左右，同时金属齿轮还存在热线性膨胀系数大、易产生静电等缺点。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一个方面的目的在于，提供一种强度高、热线性膨胀系数小、质量密度小、具有阻燃、抗静电性能的纤维增强聚酰胺复合材料。
本发明的第二个方面的目的在于，提供一种采用该纤维增强聚酰胺复合材料制成的齿轮。
本发明的第三个方面的目的在于，提供一种纤维增强聚酰胺复合材料齿轮的制造方法。
为实现上述目的，本发明第一个方面的实施例提供了一种纤维增强聚酰胺复合材料，包括的组分以及各组分的质量含量为：聚酰胺基体组分：30％～92％；含碳纤维的纤维增强组分：5％～67％；含二硫化钼的润滑剂：2％～25％；弹性体：0.1％～15％；抗氧化剂：0.1％～1％；偶联剂：0.2％～5％。
本发明一个实施例提供的纤维增强聚酰胺复合材料，包括聚酰胺基体组分、含碳纤维的纤维增强组分、含二硫化钼的润滑剂、弹性体、抗氧化剂和偶联剂，其中聚酰胺基体组分可将复合材料体系中的各组分粘结在一起；纤维增强组分可提高复合材料的强度和硬度，改善复合材料的抗冲击能力；润滑剂用于提高复合材料的耐磨损性能；弹性体可提高基体聚合物的韧性，尤其是低温韧性，同时可以提高材料的表面抗磨损性；抗氧化剂可减少聚合物在加工过程中由于高温造成的分子链的断裂；偶联剂是分子“胶水”，可将增强组分和聚酰胺基体组分键接在一起，提高材料的力学性能。
综上所述，本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料，拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学强度好，热线性膨胀系数小，阻燃、抗静电性能优良，即本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料综合性能良好。
另外，根据本发明上述实施例提供的纤维增强聚酰胺复合材料还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述聚酰胺基体组分包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：聚酰胺树脂：30％～70％，聚苯硫醚：0％～20％，聚苯醚：0％～20％，改性环氧树脂：0％～5％；所述含碳纤维的纤维增强组分包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：碳纤维：5％～50％，玻璃纤维、有机聚合物纤维、金属纤维、纳米晶须、矿物质中的任意一种或几种：0％～20％；所述含二硫化钼的润滑剂包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：二硫化钼：1％～10％，聚四氟乙烯：1％～10％，碳化硅、硅油、高分子量聚乙烯粉末、石墨粉和碳纤维中的任意一种或几种：0％～5％；所述弹性体包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：有机硅树脂弹性体：0.1％～5％，聚氨酯类弹性体、聚烯烃类弹性体和丙烯酸类弹性体中的任意一种或几种：0％～10％。
根据本发明的一个实施例，所述玻璃纤维为无碱电子级玻璃纤维。
根据本发明的一个实施例，所述聚酰胺树脂包括聚酰胺树脂6和/或聚酰胺树脂66。
根据本发明的一个实施例，所述抗氧化剂包括抗氧化剂2246和/或2、6-二甲基-4-甲基苯酚。
根据本发明的一个实施例，所述偶联剂包括有机硅烷类偶联剂和/或钛酸酯类偶联剂。
本发明第二个方面的实施例提供了一种齿轮，采用上述任一实施例所述的纤维增强聚酰胺复合材料制成。
本发明第三个方面的实施例提供了一种齿轮的制造方法，所述齿轮采用上述任一实施例所述的纤维增强聚酰胺复合材料制成，所述齿轮的制造方法包括以下步骤：步骤102，对含碳纤维的纤维增强组分中的碳纤维进行预处理，然后在预处理后的所述碳纤维上涂覆含偶联剂和/或改性环氧树脂的乙醇溶液，烘干；步骤104，将含二硫化钼的润滑剂中的二硫化钼放在真空烘箱中烘干，并与偶联剂混合均匀；步骤106，将聚酰胺基体组分、含步骤104处理后的二硫化钼的润滑剂、弹性体和抗氧化剂混合均匀，再将混合均匀的混合物加入平行同向双螺杆挤出机内进行拉伸、造粒，所述混合物在造粒机内依次经过九个温度控制区，并在所述混合物经过第六温度控制区时，加入经过步骤102处理后的所述碳纤维，然后烘干；步骤108，将步骤106处理后的物料加入注塑机中注塑成型，制得齿轮毛坯；步骤110，对所述齿轮毛坯进行后处理，以释放其内应力；步骤112，对所述齿轮毛坯进行滚齿和磨齿加工，制得所述齿轮的成品。
另外，根据本发明上述实施例提供的齿轮的制造方法还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，在所述步骤106中，九个温度控制区的温度分别为：第一温度控制区：190～210℃，第二温度控制区：190～210℃，第三温度控制区：190～210℃，第四温度控制区：200～220℃，第五温度控制区：200～220℃，第六温度控制区：210℃～230℃，第七温度控制区：220℃～230℃，第八温度控制区：220℃～230℃，第九温度控制区：220℃～230℃。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤106中，所述含碳纤维的纤维增强组分中包含有玻璃纤维，在所述混合物经过所述第四温度控制区时，加入所述玻璃纤维。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤106中，所述平行同向双螺杆挤出机的螺杆的转速为30～60r/min；在所述平行同向双螺杆挤出机的所述第九温度控制区上口进行抽真空除水，除去低沸点杂质，其中真空度大于95kpa。
根据本发明的一个实施例，经所述平行同向双螺杆挤出机加工后，增强纤维的长度为1～3mm。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤108中，所述注塑机的工作参数为：注射压力：60～150MPa；保压压力：30～60MPa；背压压力：3.0～30MPa；螺杆转速：30～50r/min；模具温度：80～160℃；热流道温度：240～270℃；锁模力：40000～70000kg；料筒后端温度：220～230℃；料筒中端温度：230～240℃；料筒前端温度：240～250℃；喷嘴温度：240～260℃。
根据本发明的一个实施例，所述步骤102中，对所述碳纤维的处理具体包括以下步骤：步骤1021，将所述碳纤维放入400～700℃的马弗炉中灼烧30～60min；步骤1022，将冷却至室温的所述碳纤维浸入硝酸溶液中3～5h，取出、压干，然后用去离子水冲洗至所述碳纤维为中性，其中所述硝酸溶液采用体积比为3～5:1的浓硝酸与水制成；步骤1023，将所述碳纤维在100～110℃下烘3～5h；步骤1024，在所述碳纤维上涂覆含偶联剂或改性环氧树脂的乙醇溶液，并烘干。
根据本发明的一个实施例，所述步骤102中，对所述碳纤维的处理具体包括以下步骤：步骤1021’，将所述碳纤维浸泡在质量分数为40％～55％的硝酸溶液中0.5～2h，取出后用离心机甩干；步骤1022’，用去离子水冲洗所述碳纤维，直至所述碳纤维不再显示酸性为止；步骤1023’，将所述碳纤维在100～110℃下烘干3～5h；步骤1024’，将冷却至室温的所述碳纤维浸泡在含偶联剂和改性环氧树脂的乙醇溶液中0.5～2h，并每隔8～15min翻动所述碳纤维一次，时间到后将所述碳纤维取出，并在室温下晾干，其中，所述乙醇溶液中，所述偶联剂的体积含量为0.5％～2％，所述改性环氧树脂的体积含量为1％～4％。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤110中，所述齿轮毛坯的后处理为：将脱模后的所述齿轮毛坯放在100～120℃热水中煮沸4～8h后，降温至室温，再放置7～10天，以释放所述齿轮毛坯的内应力。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例所述的纤维增强聚酰胺复合材料齿轮的制造方法的加工流程图；
图2是图1所述的纤维增强聚酰胺复合材料齿轮的制造方法中步骤102的第一种实施方式的加工流程图；
图3是图1所述的纤维增强聚酰胺复合材料齿轮的制造方法中步骤102的第二种实施方式的加工流程图；
图4至图7是根据本发明一个实施例所述的纤维增强聚酰胺复合材料制造的齿轮的电镜示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明一些实施例提供的纤维增强聚酰胺复合材料，包含的组分以及各组分的质量含量为：
聚酰胺基体组分：30％～92％；
含碳纤维的纤维增强组分：5％～67％；
含二硫化钼的润滑剂：2％～25％；
弹性体：0.1％～15％；
抗氧化剂：0.1％～1％；
偶联剂：0.2％～5％。
具体地，所述聚酰胺基体组分包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
聚酰胺树脂：30％～70％，聚苯硫醚：0％～20％，聚苯醚：0％～20％，改性环氧树脂：0％～5％；
所述含碳纤维的纤维增强组分包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
碳纤维：5％～50％，玻璃纤维、有机聚合物纤维、金属纤维、纳米晶须、矿物质中的任意一种或几种：0％～20％；
所述含二硫化钼的润滑剂包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
二硫化钼：1％～10％，聚四氟乙烯：1％～10％，碳化硅、硅油、高分子量聚乙烯粉末、石墨粉和碳纤维中的任意一种或几种：0％～5％；
所述弹性体包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
有机硅树脂弹性体：0.1％～5％，聚氨酯类弹性体、聚烯烃类弹性体和丙烯酸类弹性体中的任意一种或几种：0％～10％；
本发明上述实施例提供的纤维增强聚酰胺复合材料，包含聚酰胺基体组分、含碳纤维的纤维增强组分、含二硫化钼的润滑剂、弹性体、抗氧化剂和偶联剂。
其中，聚酰胺基体组分可将复合材料体系中的各组分粘结在一起，又可以降低复合材料的制造成本，然而，与增强组分相比，聚酰胺基体组分的力学性能、热性能及其他性能要差一些，因此聚酰胺基体组分的性能将直接影响复合材料的综合性能，换言之，聚酰胺基体组分的选择很重要，本发明中，聚酰胺基体组分包括聚酰胺树脂与聚苯醚(或聚苯硫醚)进行共混改性，形成合金体，再加入弹性体后，三者具有特殊的微观结构，实现性能的互相补充。
纤维增强组分主要用来提高复合材料的强度和硬度，提升或改善复合材料的抗冲击能力等。
润滑剂用于提高复合材料的耐磨损性能和摩擦性能。
弹性体可以提高基体聚合物的韧性，尤其是低温韧性，一般情况下，使用弹性体能够同时提高材料的断裂伸长率和弯曲变形，但往往牺牲了材料的强度、模量、热变形温度和成本。但是，弹性体也可以用来提高材料的表面抗磨损性。弹性体的改性效果主要取决于弹性体与聚酰胺基体组分之间的相容性、弹性体颗粒的大小及其在聚酰胺基体组分内的分散程度。
抗氧化剂的目的是减少复合材料在加工的过程中由于高温而造成的分子链的断裂。
偶联剂是分子“胶水”，在复合材料中，偶联剂可将增强组分和聚酰胺基体组分键接在一起，从而提高材料的力学性能及其他性能。
综上所述，本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料，拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学强度好，热线性膨胀系数小，阻燃、抗静电性能优良，即本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料综合性能良好。
需要说明的是，本发明中的高分子量聚乙烯粉末是指分子量大于100万的聚乙烯粉末。
根据本发明一个优选实施例，所述纤维增强组分中的所述玻璃纤维为无碱电子级玻璃纤维。
进一步，所述纤维增强组分中的所述碳纤维既可以是长丝，也可以是短切丝，可根据实际需要来选择。
在本发明的一些实施例中，所述聚酰胺树脂包括聚酰胺树脂6和/或聚酰胺树脂66。
在本发明的一些实施例中，所述抗氧化剂包括抗氧化剂2246和/或2、6-二甲基-4-甲基苯酚。
在本发明的一些实施例中，所述偶联剂为有机硅烷类偶联剂和/或钛酸酯类偶联剂。
本发明第二个方面的实施例提供了一种齿轮(图中未示出)，所述齿轮采用上述任一实施例所述的纤维增强聚酰胺复合材料制成，该齿轮的力学性能好，热线性膨胀系数小，可在矿下大载荷的工况下使用。
本发明第三个方面的实施例提供了一种齿轮的制造方法，所述齿轮采用上述任一实施例所述的纤维增强聚酰胺复合材料制成，如图1所示，所述齿轮的制造方法包括以下步骤：
步骤102，对含碳纤维的纤维增强组分中的碳纤维进行预处理，然后在预处理后的所述碳纤维上涂覆含偶联剂和/或改性环氧树脂的乙醇溶液，烘干；
步骤104，将含二硫化钼的润滑剂中的二硫化钼放在真空烘箱中烘干，并与偶联剂混合均匀；
步骤106，将聚酰胺基体组分、含步骤104处理后的二硫化钼的润滑剂、弹性体和抗氧化剂混合均匀，再将混合均匀的混合物加入平行同向双螺杆挤出机内进行拉伸、造粒，所述混合物在造粒机内依次经过九个温度控制区，并在所述混合物经过第六温度控制区时，加入经过步骤102处理后的所述碳纤维，然后烘干；
步骤108，将步骤106处理后的物料加入注塑机中注塑成型，制得齿轮毛坯；
步骤110，对所述齿轮毛坯进行后处理，以释放其内应力；
步骤112，对所述齿轮毛坯进行滚齿和磨齿加工，制得所述齿轮的成品。
根据本发明的一个优选实施例，在所述步骤106中，九个温度控制区的温度分别为：
第一温度控制区：190～210℃，第二温度控制区：190～210℃，第三温度控制区：190～210℃，第四温度控制区：200～220℃，第五温度控制区：200～220℃，第六温度控制区：210～230℃，第七温度控制区：220～230℃，第八温度控制区：220～230℃，第九温度控制区：220～230℃。
进一步，在所述步骤106中，所述含碳纤维的纤维增强组分中包含有玻璃纤维，在所述混合物经过所述第四温度控制区时，加入所述玻璃纤维。
在本发明的一个具体实施例，在所述步骤106中，
所述平行同向双螺杆挤出机的螺杆的转速为30～60r/min；
在所述平行同向双螺杆挤出机的所述第九温度控制区上口进行抽真空除水，除去低沸点杂质，其中真空度大于95kpa。
在本发明的一个具体示例，经所述平行同向双螺杆挤出机加工后，增强纤维的长度为1～3mm。
在本发明的一个具体实施例中，在所述步骤108中，所述注塑机的工作参数为：
注射压力：60～150MPa；保压压力：30～60MPa；背压压力：3.0～30MPa；螺杆转速：30～50r/min；模具温度：80～160℃；热流道温度：240～270℃；锁模力：40000～70000kg；料筒后端温度：220～230℃；料筒中端温度：230～240℃；料筒前端温度：240～250℃；喷嘴温度：240～260℃。
在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述步骤102中，对所述碳纤维的处理具体包括以下步骤：
步骤1021，将所述碳纤维放入400～700℃的马弗炉中灼烧30～60min；
步骤1022，将冷却至室温的所述碳纤维浸入硝酸溶液中3～5h，取出、压干，然后用去离子水冲洗至所述碳纤维为中性，其中所述硝酸溶液中浓硝酸与水的体积比为3～5：1；
步骤1023，将所述碳纤维在100～110℃下烘3～5小时；
步骤1024，在所述碳纤维上涂覆含偶联剂或改性环氧树脂的乙醇溶液，并烘干备用。
需要说明的是，本发明上述实施例所述的浓硝酸是指浓度在8mol/L以上的硝酸溶液。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，所述步骤102中，对所述碳纤维的处理具体包括以下步骤：
步骤1021’，将所述碳纤维浸泡在质量分数为40～55％的硝酸溶液中0.5～2h，取出后用离心机甩干；
步骤1022’，用去离子水冲洗所述碳纤维，直至所述碳纤维不再显示酸性为止；
步骤1023’，将所述碳纤维在100～110℃下烘干3～5h；
步骤1024’，将冷却至室温所述碳纤维浸泡在含偶联剂与改性环氧树脂的乙醇溶液中0.5～2h，并每隔8～15min翻动所述碳纤维一次，时间到后将所述碳纤维取出，并在室温下晾干，其中，所述乙醇溶液中，所述偶联剂的体积含量为0.5％～2％，所述改性环氧树脂的体积含量为1％～4％。
在本发明的一个优选实施例中，在所述步骤110中，对所述齿轮毛坯的后处理为：将脱模后的所述齿轮毛坯放在100～120℃热水中煮沸4～8h后，降温至室温，再放置7～10天，以释放所述齿轮毛坯的内应力。
下面结合具体实施例来说明本实施例提供的纤维增强聚酰胺复合材料的齿轮的制造方法：
实施例一：
纤维增强聚酰胺复合材料包含的具体组分及各组分的质量含量为：聚酰胺树脂：54.8％，聚苯醚(PPO)：8.2％，改性环氧树脂：0.5％，碳纤维：22％，电子级无碱玻璃纤维：8％，二硫化钼：2％，聚四氟乙烯(PTFE)：1.5％，有机硅树脂弹性体：1.5％，抗氧化剂：0.5％，偶联剂：1％。其中，电子级无碱玻璃纤维选择与聚酰胺、聚苯醚的合金相适应的品种。
齿轮的制备过程如下：
I)对碳纤维进行处理：①将预处理的碳纤维浸泡在质量分数为50％的硝酸中进行氧化，1h后取出，并用离心机甩干；②用去离子水冲洗至碳纤维本身不再显示酸性为止；③在100～110℃下烘4h，冷却至室温；④将氧化后的碳纤维在含体积含量为1.5％的偶联剂与体积含量为2％的改性环氧树脂的乙醇溶液中进行浸泡1.5h，中间每隔12min翻动一次，时间到取出，并在室温下晾干。
II)对二硫化钼进行预处理：①先将二硫化钼粉在真空烘箱中于100℃下烘5h；②与偶联剂混合均匀。
III)将聚酰胺树脂、聚苯醚、有机硅树脂弹性体、聚四氟乙烯、氧化剂、二硫化钼在三维混合机中混合10min，然后加入平行同向双螺杆挤出机的1区料斗中，开动机器，设定参数如下：螺杆转速：30r/min，9个温度控制区的控制温度分别为：第一温度控制区190～210℃，第二温度控制区190～210℃，第三温度控制区190～210℃，第四温度控制区200～220℃，第五温度控制区200～220℃，第六温度控制区210～230℃，第七温度控制区220～230℃，第八温度控制区220～230℃，第九温度控制区220～230℃，在第四温度控制区上口加入玻璃纤维；在第六温度控制区加入已经预处理过的碳纤维；在第九温度控制区上口抽真空除水、除低沸点杂质，真空度大于95kpa，进行拉伸、造粒、烘干，备用。
在步骤III)中，分区加料是为了有效控制和保证增强纤维的长度，既不能太短，也不能太长，实现增强纤维的长度在1～3mm。
IV)将干燥后的复合材料的合金粒子加入注塑机中进行注塑成型，制得齿轮毛坯，注塑机的设定参数为：注射压力：60～150MPa；保压压力：30～60MPa；背压压力：3.0～30MPa；螺杆转速：30～50r/min；模具温度：80～160℃；热流道温度：240～270℃；锁模力：40000～70000kg；料筒后端温度：220～230℃；料筒中端温度：230～240℃；料筒前端温度：240～250℃；喷嘴温度：240～260℃。
复合材料的干燥条件：在真空烘箱(真空度大于95kpa)中于95℃下烘6h，使水分含量小于0.1％。
在步骤IV)中，螺杆参数的选择也很关键，注塑成型加工所用螺杆机的螺杆要求：长径比L/D为12～20，压缩比为C/R为2～3。
V)对齿轮毛坯的后处理：将刚脱模的齿轮毛坯制品放在100℃的热水中煮沸6h后，自然降温至室温；再放置10天，使其充分释放内应力。
VI)对齿轮进行后序加工，制得精品：将齿轮毛坯进行滚齿、磨齿，得到精品。
本实施例制得的齿轮因采用了本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料，使其拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学性能好，热线性膨胀系数小，阻燃、抗静电性能优良，可在矿下大载荷的工况下使用，实现了本发明的目的。
实施例二：
纤维增强聚酰胺复合材料包含的具体组分及各组分的质量含量为：聚酰胺树脂：30％，聚苯硫醚：3.5％，改性环氧树脂：0.1％，碳纤维：50％，金属纤维：0.1％，二硫化钼：10％，聚四氟乙烯(PTFE)：1％，有机硅树脂弹性体：5％，抗氧化剂：0.1％，偶联剂：0.2％。
齿轮的制备过程如下：
I)对碳纤维进行处理：
①将碳纤维在600℃马弗炉中灼烧40min；②将降至室温的碳纤维浸入硝酸溶液(浓硝酸与水的体积比为4:1)中3h，取出，压干，用去离子水冲洗至中性；③在100℃下烘5h；④在所述碳纤维上涂敷含改性环氧树脂或偶联剂的乙醇溶剂，并烘干；
II)对二硫化钼进行预处理：①先将二硫化钼粉在真空烘箱中于120℃下烘3h；②与偶联剂混合均匀。
III)将聚酰胺树脂、聚苯硫醚、有机硅树脂弹性体、聚四氟乙烯、氧化剂、二硫化钼在三维混合机中混合10min，然后加入平行同向双螺杆挤出机的1区料斗中，进行拉伸、造粒，其中螺杆转速为60r/min，9个温度控制区的控制温度与实施例一相同，在第四温度控制区上口加入金属纤维；在第六温度控制区加入已经预处理过的碳纤维；在第九温度控制区上口抽真空除水、除低沸点杂质。
IV)将干燥后的复合材料的合金粒子加入注塑机中进行注塑成型(注塑机的工作参数与实施例一相同)，制得齿轮毛坯。
V)对齿轮毛坯的后处理，使其充分释放内应力。
VI)对齿轮毛坯进行滚齿、磨齿，得到精品。
本实施例制得的齿轮，同样具有拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学性能好，热线性膨胀系数小，阻燃、抗静电性能优良等优点，可在矿下大载荷的工况下使用，实现了本发明的目的。
实施例三：
纤维增强聚酰胺复合材料包含的具体组分及各组分的质量含量为：聚酰胺树脂：65％，聚苯硫醚：3％，聚苯醚：7.5％，改性环氧树脂：5％，碳纤维：5％，玻璃纤维：0.5％，二硫化钼：1％，聚四氟乙烯(PTFE)：6.9％，有机硅树脂弹性体：0.1％，抗氧化剂：1％，偶联剂：5％。
齿轮的制备过程如下：
I)对碳纤维进行处理：
①将碳纤维在400℃马弗炉中灼烧50min；②将降至室温的碳纤维浸入硝酸溶液(浓硝酸与水的体积比为5:1)中2.5h，取出，压干，用去离子水冲洗至中性；③在110℃下烘4h；④在所述碳纤维上涂敷含改性环氧树脂或偶联剂的乙醇溶剂，并烘干；
II)对二硫化钼进行预处理：①先将二硫化钼粉在真空烘箱中于120℃下烘4h；②与偶联剂混合均匀。
III)将聚酰胺树脂、聚苯醚、聚苯硫醚、有机硅树脂弹性体、聚四氟乙烯、氧化剂、二硫化钼在三维混合机中混合10min，然后加入平行同向双螺杆挤出机的1区料斗中进行拉伸、造粒，其中螺杆转速和9个温度控制区的控制温度与实施例一相同，并在第四温度控制区上口加入玻璃纤维；在第六温度控制区加入已经预处理过的碳纤维；在第九温度控制区上口抽真空除水、除低沸点杂质。
IV)将干燥后的复合材料的合金粒子加入注塑机中进行注塑成型，注塑机的工作参数与实施例一相同，制得齿轮毛坯。
V)对齿轮毛坯的后处理，使其充分释放内应力。
VI)对齿轮毛坯进行滚齿、磨齿，得到精品。
本实施例制得的齿轮也具有拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学性能好，热线性膨胀系数小，阻燃、抗静电性能优良等优点，可在矿下大载荷的工况下使用，同样可实现本发明的目的。
在本发明的上述三个实施例中，由于均采用了合适的偶联剂及制备工艺，使增强纤维与聚酰胺基体组分之间的粘结效果好，制造的齿轮的强度均比现有技术中塑料齿轮的强度高，其中对实施例一制得的齿轮(显微结构如图4至图7所示，其中，图4中的83.0KV表示加速电压的大小，3.00K表示放大倍数为3000，SE(M)表示为扫描电镜，10.0μm表示电镜的标尺尺寸，图5至图7中数据的含义与图4相同)进行相应的力学、电学参数测试，测试结果为：拉伸强度：220Mpa，冲击强度(悬臂梁法-无缺口)：45KJ/M2，热线性膨胀系数：2.2×10-5/℃，抗静电性达到：1×102kΩ，维卡温度：267℃，完全可以满足齿轮在载荷为350Nm的工况下使用，并得到了实际在煤矿下的长期验证。
综上所述，本发明提供的纤维增强聚酰胺复合材料制得的齿轮，拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等力学强度好，热线性膨胀系数小，阻燃、抗静电性能优良，即纤维增强聚酰胺复合材料的齿轮的综合性能良好，可在煤矿下较高的温度、湿度，较大的负载、扭矩的工况下使用。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种齿轮的制造方法，其特征在于，所述齿轮采用纤维增强聚酰胺复合材料制成，所述纤维增强聚酰胺复合材料包括的组分以及各组分的质量含量为：
聚酰胺基体组分：30％～92％；
含碳纤维的纤维增强组分：5％～67％；
含二硫化钼的润滑剂：2％～25％；
弹性体：0.1％～15％；
抗氧化剂：0.1％～1％；
偶联剂：0.2％～5％；
其中，所述聚酰胺基体组分包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
聚酰胺树脂：30％～70％，聚苯硫醚：3％～20％和/或聚苯醚：3.5％～20％，改性环氧树脂：0％～5％；
所述含碳纤维的纤维增强组分包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
碳纤维：5％～50％，玻璃纤维、有机聚合物纤维、金属纤维、纳米晶须、矿物质中的任意一种或几种：0％～20％；
所述含二硫化钼的润滑剂包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
二硫化钼：1％～10％，聚四氟乙烯：1％～10％，碳化硅、硅油、高分子量聚乙烯粉末、石墨粉和碳纤维中的任意一种或几种：0％～5％；
所述弹性体包含的组分及各组分在所述纤维增强聚酰胺复合材料中的质量含量为：
有机硅树脂弹性体：0.1％～5％，聚氨酯类弹性体、聚烯烃类弹性体和丙烯酸类弹性体中的任意一种或几种：0％～10％；
所述齿轮的制造方法包括以下步骤：
步骤102，对含碳纤维的纤维增强组分中的碳纤维进行预处理，然后在预处理后的所述碳纤维上涂覆含偶联剂和/或改性环氧树脂的乙醇溶液，烘干；
步骤104，将含二硫化钼的润滑剂中的二硫化钼放在真空烘箱中烘干，并与偶联剂混合均匀；
步骤106，将聚酰胺基体组分、含所述步骤104处理后的二硫化钼的润滑剂、弹性体和抗氧化剂混合均匀，再将混合均匀的混合物加入平行同向双螺杆挤出机内进行拉伸、造粒，所述混合物在所述平行同向双螺杆挤出机内依次经过九个温度控制区，并在所述混合物经过第六温度控制区时，加入经过所述步骤102处理后的所述碳纤维，然后烘干；
步骤108，将所述步骤106处理后的物料加入注塑机中注塑成型，制得齿轮毛坯；
步骤110，对所述齿轮毛坯进行后处理，以释放其内应力；
步骤112，对所述齿轮毛坯进行滚齿和磨齿加工，制得所述齿轮的成品。
2.根据权利要求1所述的齿轮的制造方法，其特征在于，在所述步骤106中，九个温度控制区的温度分别为：
第一温度控制区：190～210℃，第二温度控制区：190～210℃，第三温度控制区：190～210℃，第四温度控制区：200～220℃，第五温度控制区：200～220℃，第六温度控制区：210～230℃，第七温度控制区：220～230℃，第八温度控制区：220～230℃，第九温度控制区：220～230℃。
3.根据权利要求2所述的齿轮的制造方法，其特征在于，
在所述步骤106中，所述含碳纤维的纤维增强组分中包含有玻璃纤维，在所述混合物经过所述第四温度控制区时，加入所述玻璃纤维。
4.根据权利要求3所述的齿轮的制造方法，其特征在于，在所述步骤106中，
所述平行同向双螺杆挤出机的螺杆的转速为30～60r/min；
在所述平行同向双螺杆挤出机的第九温度控制区上口进行抽真空除水，除去低沸点杂质，其中真空度大于95KPa。
5.根据权利要求4所述的齿轮的制造方法，其特征在于，
经所述平行同向双螺杆挤出机加工后，增强纤维的纤维长度为1～3mm。
6.根据权利要求1所述的齿轮的制造方法，其特征在于，在所述步骤108中，所述注塑机的工作参数为：
注射压力：60～150MPa；保压压力：30～60MPa；背压压力：3.0～30MPa；螺杆转速：30～50r/min；模具温度：80～160℃；热流道温度：240～270℃；锁模力：40000～70000kg；料筒后端温度：220～230℃；料筒中端温度：230～240℃；料筒前端温度：240～250℃；喷嘴温度：240～260℃。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的齿轮的制造方法，其特征在于，所述步骤102中，对所述碳纤维的处理具体包括以下步骤：
步骤1021，将所述碳纤维放入400～700℃的马弗炉中灼烧30～60min；
步骤1022，将冷却至室温的所述碳纤维浸入硝酸溶液中3～5h，取出、压干，然后用去离子水冲洗至所述碳纤维为中性，其中所述硝酸溶液采用体积比为3～5：1的浓硝酸与水制成；
步骤1023，将所述碳纤维在100～110℃下烘3～5h；
步骤1024，在所述碳纤维上涂覆含偶联剂或改性环氧树脂的乙醇溶液，并烘干。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的齿轮的制造方法，其特征在于，所述步骤102中，对所述碳纤维的处理具体包括以下步骤：
步骤1021’，将所述碳纤维浸泡在质量分数为40％～55％的硝酸溶液中0.5～2h，取出后用离心机甩干；
步骤1022’，用去离子水冲洗所述碳纤维，直至所述碳纤维不再显示酸性为止；
步骤1023’，将所述碳纤维在100～110℃下烘干3～5h；
步骤1024’，将冷却至室温的所述碳纤维浸泡在含偶联剂和改性环氧树脂的乙醇溶液中0.5～2h，并每隔8～15min翻动所述碳纤维一次，时间到后将所述碳纤维取出，并在室温下晾干，其中，在所述乙醇溶液中，所述偶联剂的体积含量为0.5％～2％，所述改性环氧树脂的体积含量为1％～4％。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的齿轮的制造方法，其特征在于，在所述步骤110中，所述齿轮毛坯的所述后处理为：
将脱模后的所述齿轮毛坯放在100～120℃热水中煮沸4～8h后，降温至室温，再放置7～10天，以释放所述齿轮毛坯的内应力。
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