CN104891128A - 复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括筒体组件、设置于筒体组件两边的两个含有轴承的轴承座以及与每个轴承座的连接的密封组件；筒体组件包括筒体和沿着中心轴向贯穿筒体以及密封组件的轴，所述的筒体内部还设有支撑环；密封组件包括与轴承座紧配合的密封底座、与密封底座间隙配合的密封外盖，密封外盖的内侧面与密封底座的外侧面形成密封空间。采用了该发明的复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法，由于密封外盖、密封底座及密封隔环之间的间隙配合，通过结构的合理处理，使其形成特殊的迷宫密封结构，提高了密封性能，阻力又不会因此而增大，十分具有实用价值。

Description

复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明涉及输送机领域，特别涉及输送机的部件，具体是指一种复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法。
背景技术
托辊用于散料输送等行业，需求数量数以万计，托辊的使用寿命直接影响着整个输送系统的运行及维护成本，密封性能的好坏及运行阻力的大小又是提高托辊寿命的关键。
目前，市场上存在着多层密封、接触密封、迷宫密封、硬密封、软密封等五花八门密封结构的托辊，但其目的无外乎提高其密封性(防尘、防水)，减少阻力，提高使用寿命。但其效果往往又是矛盾的，密封性能好了，阻力增加，阻力减小了，密封性能相应会效果较差。
另外，现市场上的托辊多为钢质材料，重量较重，也间接地增大了运行阻力。
聚酰胺具有优异的力学性能，易于成型加工，是一种重要的工程塑料，工业生产中广泛应用于制造轴承、齿轮、各种滚子、滑轮等摩擦器件。但其尺寸稳定性差，吸水率大，干摩擦时摩擦系数较高，热、力学性能还不足以应付高速摩擦等缺点，使其应用仍受到一定的限制。近年来，国内外通过添加纤维、无机粒子提高聚酰胺的耐磨性和力学性能却往往增大了摩擦系数；而通过添加固体润滑剂，可降低摩擦系数，却可能增大了磨损率、降低了其力学性能。
所以一种能够克服上述缺点的托辊的结构和材料是十分具有实用价值的。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种能够提高密封性能、不会增大阻力的复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法具有以下构成：
该复合材料结构托辊，包括筒体组件、设置于所述的筒体组件两边的两个含有轴承的轴承座以及与每个所述的轴承座的连接的密封组件；
所述的筒体组件包括筒体和沿着中心轴向贯穿所述的筒体以及所述的密封组件的轴，所述的筒体内部还设有支撑环；
所述的密封组件包括与所述的轴承座紧配合的密封底座、与所述的密封底座间隙配合的密封外盖，所述的密封外盖的轴孔与所述的轴紧配合，所述的密封外盖的外侧面与所述的密封底座的内侧面形成密封空间，所述的密封空间中装配有密封隔环，所述的密封空间与所述的密封隔环形成迷宫密封结构；
所述的复合结构的托辊的材料为石墨烯PTEE协同改性摩擦材料。
较佳地，所述的石墨烯PTEE协同改性摩擦材料包括以下重量百分比的成分：
聚酰胺  75～85％；
石墨烯  3～5％；
PTFE   7～12％；
玻纤  8～13％；
抗老化剂  0.05～0.5％；
表面改性剂：0.5～1％。
更佳地，所述的石墨烯为至少带有一种极性基团的石墨烯，如羟基、羧基、磺酸基、酰胺基、环氧基、硅原子或氟原子；所述的PTFE为分散法制备的粉末，粒径为5～10μm；所述的玻纤为长度3～5mm的E玻璃纤维；所述的抗老化剂为抗氧剂1010；所述的表面改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种。
较佳地，所述的密封底座外侧还设有清洁刮板。
较佳地，所述的密封底座上设有斜面。
较佳地，在所述的内侧面上设有半圆挡板。
较佳地，所述的密封空间中涂有锂基脂。
较佳地，所述的支撑环的外圆前端设有装配倒角，所述的支撑环的外圆后端设有止动台阶。
较佳地，所述的轴承为带有单侧密封盖的轴承。
本发明还涉及一种所述的石墨烯PTEE协同改性摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将偶联剂溶于质量比为1:9的水-乙醇溶液,加入需改性的石墨烯或PTFE微粉，用超声波分散处理1.5～3小时干燥至恒重，所述的偶联剂为成分中的表面改性剂；
步骤(2)：将聚酰胺70～80％、改性后的石墨烯3～5％(两者是改性后的吗？)、改性后的PTFE 7～12％、玻纤10～15％，抗老化剂0.05～0.5％配料；高速混合均匀，将混匀的原料在190～250℃用双螺杆挤出机挤出造粒，得到耐磨聚酰胺6复合材料，80～120℃干燥2～4小时，注塑成型。
采用了该发明的复合材料结构托辊及相应的协同改性摩擦材料的制备方法，轴与密封外盖、筒体与含有轴承的轴承座及轴承座与密封底座之间通过紧配合装配，实现密封；密封底座与密封外盖之间为间隙配合，在二者之间的空隙内装有专用密封隔环，并在空间内涂抹适量的专用锂基脂，以阻止灰尘及水等的侵入，达到防尘防水的密封性能；另外密封外盖、密封底座及密封隔环之间的间隙配合，通过结构的合理处理，使其形成特殊的迷宫密封，提高了密封性能，阻力又不会因此而增大，十分具有实用价值。且其采用了石墨烯和PTFE改性聚酰胺材料，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构纳米材料，具有超大的比表面积、良好的疏水性、优异的耐磨性、超高的热导率以及载流子迁移率，聚四氟乙烯(PTFE)具有塑料中最低的摩擦系数，二者共同改性聚酰胺，具有协同作用，在提高聚酰胺6摩擦性能的同时，保持了较好的力学性能和导热性能，同时能降低其表面电阻。
附图说明
图1是本发明实施例中复合材料结构托辊的结构示意图。
图2是本发明实施例中密封组件的结构示意图。
图3是本发明实施例中支撑环的结构示意图。
图4是本发明实施例中密封底座的结构示意图。
图5是本发明实施例中密封底座的截面图。
图6是本发明实施例中的密封外盖结构示意图。
图7是本发明实施例中轴承结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步说明。
实施例1
如图1～7所示，本复合材料结构托辊包括筒体组件、设置于筒体组件两边的两个含有轴承的轴承座3以及与每个轴承座3的连接的密封组件；
筒体组件包括筒体1和沿着中心轴向贯穿筒体1以及密封组件的轴8；轴外侧设有卡簧7。
密封组件包括与轴承座3紧配合的密封底座4、与密封底座4间隙配合的密封外盖5，密封外盖5的轴孔与轴8紧配合，密封外盖5的内侧面与密封底座4的外侧面之间形成密封空间，密封空间中装配有密封隔环6，密封空间与密封隔环6沿着密封路线15形成迷宫密封结构。密封底座4、密封隔环6与密封外盖5三者由于之间的存在一定间隙，可轴向串动。密封空间中涂有锂基脂。当复合材料结构托辊正常工作高速旋转时，内部形成高压气流，油脂向外边缘移动，将密封隔环6与密封外盖5之间的间隙密闭，从而阻止灰尘及水等的侵入，达到防尘、防水的密封性能。
密封底座4外侧还设有清洁刮板10，为的是在源头阻止灰尘及水的进入，可用于刮灰、刮水，随着复合材料结构托辊的高速旋转，刮板将可能堆积或粘附在密封外盖5上的灰尘松动及污水刮除。加上密封底座4的特殊的斜面41角度控制，使松动的粉尘及污水在离心力的作用下被甩出，脱离托辊端面，有效的避免了污物堆积，减少污物进入托辊轴承腔内的机会，提高其密封性能。
在密封外盖5的内侧设有半圆挡板9。为阻止隔环的轴向串动，避免间隙增大，间隙在正常范围内浮动，当密封外盖5的半圆挡板9与隔环6有接触时，加之还有油脂存在，接触面几乎为点接触，对阻力影响微乎其微。
筒体1内部还设有支撑环2。支撑环2是在筒体1刚刚注塑完温度未完全冷却时将其压入的，当完全冷却时，可保证其与筒体1内壁紧密接触。支撑环2的外圆前端设有装配倒角11，支撑环2的外圆后端设有止动台阶12。保证了支撑环2的装配顺利，准确定位。
轴承13为带有单侧密封盖14的轴承。安装于内侧，可防止轴承润滑空间内的油脂流失到筒体1内部，提高轴承的润滑效果。
上述复合结构的托辊的材料均为石墨烯PTEE协同改性摩擦材料，其制备方法如下：
实施例2
1)将偶联剂溶于质量比为1:9的水-乙醇溶液,加入需改性的石墨烯或PTFE微粉，用超声波分散处理1.5～3小时干燥至恒重，所述的偶联剂为表面改性剂。2)按质量分数聚酰胺75％、改性后的石墨烯：5％、改性后的PTFE：9.5％、玻纤：10，抗氧剂1010：0.5％配料。3)高速混合0.5小时，转速为300～600转/分混合均匀；4)双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃混炼挤出，水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料；5)在100℃干燥3小时。
对于该配方的材料进行分析和评估，得到如下基本性能。轴向拉伸强度：71MPa，缺口冲击强度：27.7KJ/m2，摩擦系数：0.11，磨损率：5.5×10-6mm3/Nm。
实施例3
1)将偶联剂溶于质量比为1:9的水-乙醇溶液,加入需改性的石墨烯或PTFE微粉，用超声波分散处理1.5～3小时干燥至恒重。2)按质量分数聚酰胺79％、改性后的石墨烯：3％、改性后的PTFE：7.7％、玻纤：10，抗氧剂1010：0.3％配料。3)高速混合0.5小时，转速为300～600转/分混合均匀；4)双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃混炼挤出，水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料；5)在100℃干燥3小时。
对于该配方的材料进行分析和评估，得到如下基本性能。轴向拉伸强度：67MPa，缺口冲击强度：23KJ/m2，摩擦系数：0.17，磨损率：6.3×10-6mm3/Nm。
实施例4
1)将偶联剂溶于质量比为1:9的水-乙醇溶液,加入需改性的石墨烯或PTFE微粉，用超声波分散处理1.5～3小时干燥至恒重。2)按质量分数聚酰胺73％、改性后的石墨烯：4％、改性后的PTFE：7.5％、玻纤：15，抗氧剂1010：0.5％配料。3)高速混合0.5小时，转速为300～600转/分混合均匀；4)双螺杆挤出机的温度控制在190～250℃混炼挤出，水冷经切粒机切成规格为Φ2.5×4的粒料；5)在100℃干燥3小时。
对于该配方的材料进行分析和评估，得到如下基本性能。轴向拉伸强度：75MPa，缺口冲击强度：28KJ/m2，摩擦系数：0.21，磨损率：6.8×10-6mm3/Nm。
采用了上述的复合材料结构托辊，本复合托辊主要由轴、筒体、含有轴承的轴承座、密封底座、密封外盖、隔环及卡簧等组装而成的产品，其中轴、轴承及卡簧为金属材料，其它均为复合材料。
在密封结构上：轴与密封外盖、筒体与含有轴承的轴承座及轴承座与密封底座之间通过紧配合装配，实现密封；密封底座与密封外盖之间为间隙配合，在二者之间的空隙内装有专用密封隔环，并在空间内涂抹适量的专用锂基脂，以阻止灰尘及水等的侵入，达到防尘防水的密封性能；另外密封外盖、密封底座及密封隔环之间的间隙配合，通过结构的合理处理，使其形成特殊的迷宫密封，提高了密封性能，阻力又不会因此而增大。
经对比测试，上述发明由于其良好的密封性能，巧妙的结构设计的优点，使阻力减小，密封性能提高，寿命增长，在综合性能上可提高20～30％，从而降低了维护及维护成本。
且其采用了石墨烯和PTFE改性聚酰胺材料，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构纳米材料，具有超大的比表面积、良好的疏水性、优异的耐磨性、超高的热导率以及载流子迁移率，聚四氟乙烯(PTFE)具有塑料中最低的摩擦系数，二者共同改性聚酰胺，具有协同作用，在提高聚酰胺摩擦性能的同时，保持了较好的力学性能和导热性能，同时能降低其表面电阻。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种复合材料结构托辊，其特征在于，包括筒体组件、设置于所述的筒体组件两边的两个含有轴承的轴承座以及与每个所述的轴承座的连接的密封组件；
所述的筒体组件包括筒体和沿着中心轴向贯穿所述的筒体以及所述的密封组件的轴，所述的筒体内部还设有支撑环；
所述的密封组件包括与所述的轴承座紧配合的密封底座以及与所述的密封底座间隙配合的密封外盖，所述的密封外盖的内侧面与所述的密封底座的外侧面形成密封空间，所述的密封空间中装配有密封隔环，所述的密封空间与所述的密封隔环形成迷宫密封结构；
所述的复合结构的托辊的材料为石墨烯PTEE协同改性摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的石墨烯PTEE协同改性摩擦材料包括以下重量百分比的成分：
聚酰胺 75～85％；
石墨烯 3～5％；
PTFE 7～12％；
玻纤 8～13％；
抗老化剂 0.05～0.5％；
表面改性剂： 0.5～1％。
3.根据权利要求2所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的石墨烯为至少带有一种极性基团的石墨烯；所述的PTFE为分散法制备的粉末，粒径为5～10μm；所述的玻纤为长度3～5mm的E玻璃纤维；所述的抗老化剂为抗氧剂1010；所述的表面改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的密封底座外侧还设有清洁刮板。
5.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的密封底座上设有斜面。
6.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，在所述的内侧面上设有半圆挡板。
7.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的密封空间中涂有锂基脂。
8.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的支撑环的外圆前端设有装配倒角，所述的支撑环的外圆后端设有止动台阶。
9.根据权利要求1所述的复合材料结构托辊，其特征在于，所述的轴承为带有单侧密封盖的轴承。
10.一种权利要求2中的石墨烯PTEE协同改性摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤(1)：将表面改性剂溶于质量比为1:9的水-乙醇溶液，加入需改性的石墨烯或PTFE微粉，用超声波分散处理1.5～3小时干燥至恒重，所述的偶联剂为成分的表面改性剂；
步骤(2)：将聚酰胺70～80％、改性后的石墨烯3～5％、改性后的PTFE 7～12％、玻纤10～15％，抗老化剂0.05～0.5％配料；高速混合均匀，将混匀的原料在190～250℃用双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述的石墨烯PTEE协同改性摩擦材料，80～120℃干燥2～4小时，注塑成型。
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