CN104151753A - 一种复合材料及用该复合材料制造钢丝绳导向滑套的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料及用该复合材料制造钢丝绳导向滑套的方法，所述复合材料包括基质聚四氟乙烯，铜粉，增强纤维碳纤维和玻璃纤维，摩擦改性剂氮化硅，润滑剂石墨，无机液态水硅酸铝粘合剂，抗氧化剂和稳定剂，本材料带自润滑效果，用该复合材料制造的钢丝绳导向滑套对钢丝绳的磨损极小，使用寿命大大延长，更换周期长达二至三个月，甚至更久，而且一次注塑成型，不需机加工，制造方便，成本低通过更换新型材料，提高钢丝绳导向滑套的可靠性，延长其使用寿命，降低提升运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及用该复合材料制造钢丝绳导向滑套的方法。
背景技术
煤矿立井提升的柔性导向，也称为钢丝绳导向，使用钢丝绳作为罐道。由于罐笼、箕斗的运行速度较高，一般近8m/s，导向钢丝绳的材质为弹簧钢，其硬度为HRC40左右，要保证罐笼、箕斗运行的绝对安全，在运行中应尽量减少钢丝绳的磨损，因此要求钢丝绳导向滑套硬度低，而且减磨。
一般地，每个单绳提升罐笼需要安装12副导向滑套，每个单绳提升箕斗要安装8副钢丝绳导向滑套。过去，钢丝绳滑套使用过的材料有铸铁，青铜，尼龙，聚氯乙烯等，这些材料均需要机加工，使用寿命短，可靠性低；滑套必须频繁更换，最短的更换周期还不足一周，最长也不过两周，造成提升运行的成本很高,而且大量占用了生产时间，更换一次就耗时4小时，人员长时间在井口作业还存在安全隐患。
发明内容
为克服现有技术上的不足，本发明目的是提供一种复合材料及用该复合材料制造钢丝绳导向滑套的方法，该复合材料耐高温、抗腐蚀，机械强度高、抗拉强度大、耐磨性好，用该复合材料及所提供的制造方法生产的导向滑套应用在生产现场，大大减少更换滑套的频率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种复合材料，包含50份至55份聚四氟乙烯、12份铜粉、5份至8份玻璃纤维、5份至8份碳纤维、3份至5份石墨和2份至4份氮化硅，无机液态水硅酸铝粘合剂10份至15份，抗氧化剂0.5份至1.5份和稳定剂0.5份至1.5份。
优选的，所述聚四氟乙烯采用粒度为30μm-200μm的聚四氟乙烯粉末或纳米级聚四氟乙烯粉体。
优选的，所述石墨采用鳞片石墨粉。
优选的，所述稳定剂采用PVA溶胶或明胶。
优选的，所述抗氧化剂采用三亚磷酸酯（2,4-二叔丁基苯基）。
优选的，所述碳纤维可为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或两种的混合物。所述玻璃纤维为3mm长的无碱短切玻璃纤维。
优选的，氮化硅采用平均粒度为16-17μm的α-Si3N4颗粒。
一种复合材料的具体制备步骤如下：
（1）将玻璃纤维和其他物质在高速搅拌条件下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末在球磨机中球磨30-60min得到混料；
（2）将混料加入到反应釜中在40-50MPa，320-340℃条件下搅拌加热30分钟后，在钢丝绳导向滑套模具中注塑冷却成型。
（3）将样品在砂轮机中打磨加工，即得到聚四氟乙烯复合材料制品。
本发明选用聚四氟乙烯作为基质，利用聚四氟乙烯的耐高温特性。加入碳纤维和玻璃纤维克服聚四氟乙烯材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形(蠕变)，而且害怕高温氧化，没有粘性，不易于其他物质混合的缺点。碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好。玻璃纤维耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，抗拉强度大，玻璃纤维和碳纤维的加入增强了抗拉强度和机械强度，由于纤维高强度和刚度以及良好的导热性，而且研究表明，由于基体与其它材料接触发生摩擦而产生磨损时，纤维能起到很好的承载作用，会在对偶件表面形成均匀连续的转移膜，从而复合材料的耐磨性得到了显著提高。采用铜粉增加耐腐蚀能力，选用的鳞片石墨，其可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越，是优异的耐磨润滑材料。金属及金属氧化物一定程度上提高了聚四氟乙烯的分散性和耐磨性，同时采用PVA溶胶或明胶作为稳定剂用于解决相容性问题。通过这些材料的加入，增加钢丝绳导向滑套在整体上的耐摩擦能力、而且带自润滑效果，对钢丝绳的磨损极小，使用寿命大大延长，更换周期长达二至三个月，甚至更久，同时一次注塑成型，不需大型机械加工，制造方便，成本低，提高钢丝绳导向滑套的可靠性，延长其使用寿命，降低提升运行成本。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：一种复合材料包含55份粒度为30-200μm的聚四氟乙烯粉末、12份铜粉、5份3mm长的无碱短切玻璃纤维、7份8目的聚丙烯腈基碳纤维、5份鳞片石墨粉和2份氮化硅，无机液态水硅酸铝粘合剂15份，三亚磷酸酯（2,4-二叔丁基苯基）1份和PVA溶胶1份；其中氮化硅采用平均粒度为16-17μm的α-Si3N4颗粒。
一种复合材料的具体制备步骤如下：
（1）将玻璃纤维和其他物质在高速搅拌条件下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末在球磨机中球磨60min得到混料；
（2）将混料加入到反应釜中在40MPa，330℃条件下搅拌加热30分钟后，在钢丝绳导向滑套模具中注塑冷却成型。
（3）将样品在砂轮机中打磨加工，即得到聚四氟乙烯复合材料制品。
实施例2：一种复合材料包含50份纳米级聚四氟乙烯粉体、12份铜粉、8份3mm长的无碱短切玻璃纤维、8份36目的沥青基碳纤维、3份鳞片石墨粉和3份氮化硅，无机液态水硅酸铝粘合剂13份，三亚磷酸酯（2,4-二叔丁基苯基）1.5份和明胶1.5份；其中氮化硅采用平均粒度为16-17μm的α-Si3N4颗粒。
一种复合材料的具体制备步骤如下：
（1）将玻璃纤维和其他物质在高速搅拌条件下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末在球磨机中球磨30min得到混料；
（2）将混料加入到反应釜中在50MPa， 340℃条件下搅拌加热30分钟后，在钢丝绳导向滑套模具中注塑冷却成型。
（3）将样品在砂轮机中打磨加工，即得到聚四氟乙烯复合材料制品。
实施例3：一种复合材料包含53份粒度为30-200μm的聚四氟乙烯粉末、12份铜粉、6份3mm长的无碱短切玻璃纤维、8份30目的聚丙烯腈基碳纤维、4份鳞片石墨粉和4份氮化硅，无机液态水硅酸铝粘合剂11份，三亚磷酸酯（2,4-二叔丁基苯基）1.5份和PVA溶胶0.5份；其中氮化硅采用平均粒度为16-17μm的α-Si3N4颗粒。
一种复合材料的具体制备步骤如下：
（1）将玻璃纤维和其他物质在高速搅拌条件下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末在球磨机中球磨45min得到混料；
（2）将混料加入到反应釜中在40MPa，320℃条件下搅拌加热30分钟后，在钢丝绳导向滑套模具中注塑冷却成型。
（3）将样品在砂轮机中打磨加工，即得到聚四氟乙烯复合材料制品。
其中，预处理：A、所述的玻璃纤维需要按照以下方法进行改性：称量1.2g 硅烷偶联剂KH-550溶解在50ml丙酮中，然后称量8g 玻璃纤维置于上述溶液中，在室温下对搅拌40min；然后再80℃干燥2.5小时，再在111℃活化1.3小时后备用。
实施例4：一种复合材料包含52份纳米级聚四氟乙烯粉体、12份铜粉、8份3mm长的无碱短切玻璃纤维、8份50目的沥青基碳纤维、5份鳞片石墨粉和3份氮化硅，无机液态水硅酸铝粘合剂10份，三亚磷酸酯（2,4-二叔丁基苯基）0.5份和明胶1.5份；其中氮化硅采用平均粒度为16-17μm的α-Si3N4颗粒。
一种复合材料的具体制备步骤如下：
（1）将玻璃纤维和其他物质在高速搅拌条件下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末在球磨机中球磨56min得到混料；
（2）将混料加入到反应釜中在42MPa，328℃条件下搅拌加热30分钟后，在钢丝绳导向滑套模具中注塑冷却成型。
（3）将样品在砂轮机中打磨加工，即得到聚四氟乙烯复合材料制品。
上述四个实施例中，对本发明制备的复合材料应用到生产实验中检测其综合性能试验。经过测试验证，将复合材料制得的钢丝绳导向滑套应用于钢丝绳上，使用新型聚四氟乙烯导向滑套之后，每年仅需更换全套滑套4次，比平常的尼龙滑套一般工作4-6天就需更换全部8副滑套，每年需更换约60次相比，综合方便的摩擦性能有了大幅度的提高，可以省事省力省钱。
以本申请人将依本发明制造的钢丝绳导向滑套用于回风立井提升箕斗装载系统为例，井深653米，箕斗日纯提升时间18小时，使用尼龙滑套，需每天检查磨损程度，一般工作4-6天就需更换全部8副滑套，每付尼龙滑套成本约100元，全套就是800元，每年需更换约60次，就是48000元；使用新型聚四氟乙烯导向滑套之后，每年仅需更换全套滑套4次，每付200元，全套1600元，全年6400元，仅为原来的八分之一，仅从材料成本上考虑就节约了大量资金，而且还大大减少了更换滑套的频率，创造了较大的经济价值。
Claims (8)
1.一种复合材料，其特征在于：包含50份至55份聚四氟乙烯、12份铜粉、5份至8份玻璃纤维、5份至8份碳纤维、3份至5份石墨和2份至4份氮化硅，无机液态水硅酸铝粘合剂10份至15份，抗氧化剂0.5份至1.5份和稳定剂0.5份至1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于：所述聚四氟乙烯采用粒度为30-200μm的聚四氟乙烯粉末或纳米级聚四氟乙烯粉体。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于：所述碳纤维可为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或两种的混合物，所述玻璃纤维为3mm长的无碱短切玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于：所述石墨采用鳞片石墨粉。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于：所述氮化硅采用平均粒度为16-17μm的α-Si3N4颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于：所述抗氧化剂采用三亚磷酸酯（2,4-二叔丁基苯基）。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于：所述稳定剂采用PVA溶胶或明胶。
8.一种使用权利要求1所述的复合材料的制造钢丝绳导向滑套的方法，具体制备步骤如下：
（1）将除聚四氟乙烯以外的其它物质在高速搅拌条件下混合均匀，然后加入聚四氟乙烯粉末在球磨机中球磨30-60min得到混料；
（2）将混料加入到反应釜中在40-50MPa，320-340℃条件下搅拌加热30分钟后，在钢丝绳导向滑套模具中注塑冷却成型；
（3）将样品在砂轮机中打磨加工，即得到钢丝绳导向滑套。
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